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組織工学

24ウェルプレートに細胞培養液を分注する様子

組織工学と再生医療は、組織の機能を回復・維持・向上させたり、患部や損傷を受けた組織の代わりとなる生物学的な代替品を開発することを目的とした学際的な分野です。組織工学では、硬組織(骨、軟骨など)と軟組織(皮膚、心臓血管弁など)の両方を作製することができます。細胞、足場、成長刺激シグナルは、組織代替物を作製するための3つの重要な要素です。組織工学がin vitroで組織を培養するのに対し、再生医療では、in vivoの組織再生を誘起するため、細胞治療、遺伝子療法、免疫調節などの他の方法と組織工学を組み合わせます。また、バイオミメティックな組織構造物は、薬物スクリーニングや疾患モデルのためのin vitroモデルとしても開発されています。

組織工学では、生体の生物学的プロセスを模倣するために、実験室内で足場、天然組織細胞、生物活性分子を組み合わせて新しい組織を培養します。

組織足場は、天然組織の細胞外マトリックス(ECM:extracellular matrix)の機能に類似しています。組織足場は、細胞が成長し、移動し、シグナルに応答するための構造的・物理的環境を提供し、結果として組織に機械的特性を与え、細胞に活動を制御するための生物活性キューを提供します。

天然のECM機能を模倣した組織足場を開発するための3つの主要な方法が発展しています。

  • 同種および異種組織からの脱細胞化ECM、天然ポリマー、バイオガラス、合成ポリマーなどの分解性生体材料から、あらかじめ作製された多孔質足場に細胞を播種
  • 温度応答性ポリマーで被覆された培養皿上に細胞を播種し、細胞がコンフルエントになった後でポリマーシートを剥離することで作製された細胞シート
  • 3Dバイオプリンティングにおいて、バイオインクなどの天然または合成ポリマーから作製されたヒドロゲルマトリックスへの細胞封入

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