3Dプリンターで構築できないものは何ですか？ この質問に対する可能な答えの数は、ハイテク機器がコンピューター設計からオブジェクトを次々と大量に取り出し続けているため、近年指数関数的に縮小しています。
過去数か月だけでも、サッカークリートやペンからスチールロケットの部品や銃に至るまで、さまざまな業界にまたがる無数の新製品やプロトタイプが見られました。 先月、この技術は人の損傷した頭蓋骨の75％を交換するのに役立ち、今週彼は4年前に癌の半分を失った男性の顔を修復しました。
今日、新しい研究では、3Dプリントされた素材がいつかは人間の組織の細胞の挙動を模倣できることが示唆されています。 オックスフォード大学の大学院生Gabriel Villarと彼の同僚は、生体組織のように振る舞う小さな固体を開発しました。 デリケートな素材は、脳と脂肪組織に物理的に似ており、柔らかいゴムの一貫性を持っています。
この素材を作成するために、特別に設計された3D印刷機は、コンピューターでプログラムされた図に従って、指定された3次元ネットワークに従って数万の個々の液滴を射出しました。 上記のビデオに見られるように、そのノズルはさまざまな角度で移動して、各小さなビーズの位置を確立しました。 各液滴の重量は約 1ピコリットル（1兆分の1リットル）-インクジェットプリンターの液滴のサイズを測定するために使用される単位。ノズルテクノロジーは、液体の小さなドットを紙上の完全な画像と単語に統合するのとほぼ同じように機能します。
液体の液滴には、組織細胞に見られる生化学物質が含まれていました。 脂質でコーティング-脂肪と油- 小さな水性コンパートメントは互いにくっついて粘着性の自己支持形を形成し、各ビーズは細胞を保護する脂質二重層に似た薄い単一の膜で仕切られています。
いくつかの3Dプリントされた液滴ネットワーク。 画像提供：Gabriel Villar、Alexander D. Graham、Hagan Bayley（オックスフォード大学）
印刷された液滴が形成した形状は、数週間安定したままでした。 研究者が材料をわずかに振った場合、液滴は変位する可能性がありますが、一時的です。 設計された組織はすぐに元の形に戻り、研究者が言う弾性レベルは人間の軟組織細胞に匹敵します。 ネットワークの脂質二重層の複雑な格子は、「細胞」を一緒に保持しているように見えました。
一部の液滴ネットワークでは、3Dプリンターが脂質膜に細孔を作りました。 穴は、実際の細胞を保護するバリア内のタンパク質チャネルを模倣し、細胞機能に重要な分子をフィルタリングします。 研究者らは、細胞間コミュニケーションに重要な分子のタイプを細孔に注入しました。分子は、多数の細胞に信号を送り、それらが機能するようにします。 グループとして一緒に。 3Dプリントされた材料は、細胞が信号を伝播する方法を正確に複製することはできませんでしたが、研究者は、定義された経路を通る分子の動きは脳組織のニューロンの電気通信に似ていると言います
細孔が構造に組み込まれていなくても、水はネットワークの膜に容易に浸透しました。 水滴は浸透プロセスによって膨張および収縮し、含まれる水の量と外側の水滴の周囲の量との平衡を確立しようとします。 水の動きは、重力に逆らって水滴を持ち上げるのに十分であり、水滴を引っ張って折り畳み、人間の組織の筋肉のような活動を模倣しました。
研究者は、これらの液滴ネットワークが、生理学的信号に従って薬物を放出するようにプログラムできることを望んでいます。 印刷された細胞は、いつか損傷または機能不全の組織に組み込まれ、余分な足場を提供したり、機能不全の細胞を交換したりすることさえあります。 毎年米国で行われている150万件の組織移植の一部に取って代わることもあります。 医療技術者は現在、神経細胞を徐々に破壊するハンチントン病などの進行性疾患を治療するために研究室で脳細胞を成長させようとしているため、脳組織移植の可能性が最も大きいようです。
人間の組織の成長であろうと耳全体の成長であろうと、3Dプリンティングテクノロジーは医学の分野で本格的であり、無数の研究者が今後数年で間違いなく飛躍するでしょう。
