バイオ印刷の影響

バイオ印刷は、人工的な生物組織を製造するための添加剤製造プロセスの生物医学的応用である。 バイオプリンティングは、生きた細胞や他の生物学的産物を、組織工学、再生医療、薬物動態などのための生きた組織や器官を開発するために、層ごとのコンピューター支援堆積法を用いて積み重ねて組み立てることによって、空間構造として定義することができる一般的な生物学研究。 これは生きている細胞と層ごとの生体材料を同時に配置して生体組織を作る最近のイノベーションです。 印刷された臓器の主な用途は移植である。 研究は現在、心臓、腎臓、肝臓および他の重要な器官の人工構造について行われている。 心臓のようなより複雑な臓器については、心臓弁のようなより小さい構成体も調査されている。 いくつかの印刷された臓器は既に臨床的な実現に達しているが、主に膀胱および血管構造のような中空構造を含む。

歴史
1938年、医学のノーベル賞受賞者であるアレクシス・カレル(Alexis Carrell)と飛行機のパイオニアで情熱的な発明者であるチャールズ・リンドバーグ(Charles Lindbergh)は、器官を成長させることを提案しました。 私たちは、人体の損傷した細胞を健康な器官に置き換えて最初の移植を見ることを目指す再生医療の出現を待たなければなりません。 それにもかかわらず、患者の拒絶反応の危険性は重要であり、医療従事者の方は注意が必要である。

これは、21世紀のバイオ印刷の技術です。 これにより、患者の細胞を有する組織または器官のカスタム製造が可能となり、拒絶反応のリスクが最小限に抑えられる。 それは、デジタル設計によって予め定義された生物学的組織(細胞)の構成要素の集合からなる。 目標は、人体によって自然に行われる細胞の三次元構成を再現することを模索することである。 この技術は、3D印刷のレイヤーごとの原則を使用します。 バイオ印刷は、物理学、生物学、機械、コンピュータの知識のグループ分けの結果として破壊的な技術と定義されています。 最近、この技術が発見されたため、アプリケーションは限られていますが、長期的には、期待されるアプリケーションは数多く革新的です。

3Dオルガン印刷は、Clemson UniversityのThomas Bolandによって2003年に初めて使用され、セルのインクジェット印刷の使用について特許を取得しました。 この方法は、基材上に置かれた三次元マトリックス中の細胞の沈着のための改変されたシステムを使用した。

Bolandの最初の実験以来、バイオプリントとしても知られる生物学的構造の3D印刷が開発されました。 新しい印刷技術、例えば押出印刷が開発されている。

器官の印刷は、移植のための臓器の世界的な不足に対する潜在的な解決策として直ちに見られた。 印刷された臓器はすでに正常に移植されている。 特に、皮膚などの組織、血管などの血管組織、または膀胱などの中空器官。 人工器官は、受容者自身の細胞から作られることが最も多く、拒絶反応のリスクに関連する問題が排除される。

より複雑な臓器の印刷は、世界中の激しい研究の対象です。 例えば、心臓、膵臓、肝臓または腎臓の場合。 2017年以降、この研究はまだ移植に至っていない。

機能性
バイオプリンタは、FDMプロセスに基づく3Dプリンタと同様に動作します。 押出機は、この場合にはABSのような熱可塑性樹脂ではなく、ポリマーゲルである布地から型を作る。 B.アルギン酸塩ベースで、カプセル化された生細胞を有する。 Organovos Bioprinterは、それぞれ約10,000〜30,000の単一細胞を含む別の有望な技術を使用して液滴を滴下します。 これらは後に機能的組織構造においてさえ適切な増殖因子によって刺激される。

バイオプリンタには、適切な印刷には非常に重要な温度調整などの特殊なコンポーネントがあります。

医療用
医学的目的のために、(実験分野における)バイオプリンタは2000年から知られている。今日でさえ、いくつかの組織タイプからなる臓器を印刷することは実験的に可能ではない。 この研究は、印刷工程を経て比較的粗い細胞集団を構築し、生物学的自己組織化によって器官に「成熟」する方向にある傾向がある。 大きな問題は、例えば、機能する血管系の生成である。

しかし、それを使って作られたバイオプリンタや器官は、いつかはドナーの器官に取って代わることができると考えられます。 バイオプロトン器官の利点は、意図された身体への正確な同調である。 臓器提供機​​関にとっては、可能な限り臓器が利用できるようになるまで待つ必要があります。 しかし、臓器提供機​​関がまったく利用できないのは通常ありえないということです。 数時間続く人工器官の「圧迫時間」は、急性傷害の障壁となる可能性があります。 通常の3Dプリンタで印刷され、金属やプラスチックで作られた移植物は、細胞を使用しないためバイオプリントとしてカウントされません。 リン酸カルシウム製のより小さい骨片または歯科用補綴物は、3D印刷プロセスで既に製造されている。 しかし、特別に飼育された牛の骨を骨に使うのが通例です。

合成生物学
合成生物学では、生命の新しい形態を印刷するためにバイオプリンタを使用することができる。 合成生物学における驚くべき結果は、ラットおよびシリコン筋細胞の人工「クラゲ」である「メダゾイド」でした。 しかし、これはBioprinterによって生成されただけではありません。

食品業界
また、肉などの食品を生産するためには、バイオプリンタを大規模に使用することができます。 同社によると、Modern Meadowはすでに家畜や屠殺よりも少ない労力で生産された美味しい肉を印刷しています。 同社は屠殺を終わらせたい。 現在のところ、「捺染された」肉は市販されていないが、これは風味および健康に関して既に可能である。 ウィーン工科大学の材料科学技術研究所のStampfl教授は、印刷された肉片の費用は2013年に少なくとも50,000ユーロと推定しています。

このような食品産業の風刺は1976年に映画 “Brust oder Keule”に発表されました。ルイ・ドゥ・フネスは主役をしており、例えば鶏肉を人工的に生産する工場に密かに侵入しています。

見通し
2017年には、生物学的プリンターの成果は限られており、科学者は既存の技術を改善し、開発しようとしています。 機能的なバイオ印刷技術の仮説は、アプリケーションの多くの視点を提供するだろう。

移植
主な目標は外科的グラフトである。 レシピエントの細胞から臓器を印刷することは、拒絶のリスクを回避するのにも役立つ。 これにより、何千人もの命を救うことができ、医療費を削減し、ますます増加する臓器の需要に応えることができます。 2006年(12,531人の応募者)と2014年(20,311人)の間で、臓器応募者数はほぼ倍増したことに注意してください。 しかし、臓器に酸素を供給して栄養を供給するために複雑な血管新生を作らなければならないため、そこに着くには時間と経験が必要です。 現在、複雑な血管を再構成することは困難です。 また、作成された臓器は限られた期間だけ実行可能であり、小さなサイズの瞬間です。 彼らは人間では使用できません。 臓器の不足を作成して対応するためには、さらに数年待つ必要があります。

皮膚プリントの目的は、特に、患者の創傷38に適合した織物を作成することによって大きな焼けを治療することができることである。現在、移植は、患者の身体(自家移植)から損傷していない組織を除去することによって、 この手術は、免疫系からの拒絶反応によってしばしば痛みを伴い、または認可される。 Marc Jeschke博士によれば、「90%の熱傷は中低所得者に発生し、死亡率が高く、罹患率が高く保健医療システムが不十分で、治療施設を燃やすのに十分ではありません」患者の幹細胞を使用して皮膚を再生すると、途上国における死の危険性がある。 2006年に4,428件、2014年に5,357件が増加しているが、2006年には4分の1、2014年には3分の1にすぎないため、これらの数値は依然として依然として低い移植された可能性があります。

プリンターの改良および普及は、患者の幹細胞からの個々の細胞組織を患者に移植するために印刷することを可能にする。 その後、生物学的プリンタを病院に設置し、必要に応じて生体組織を印刷します。 しかし、細胞層を印刷することによって、人体の上または中に組織を直接印刷することも想定されている:移植片を生成するために、患者に直接植え込むことができる組織。 だから、バイオ印刷は、患者の細胞から組織を作るための解決策になるだろう。

義肢
バイオプリントプロテーゼ:生体プロテーゼおよびインプラント材料を使用した印刷は、レシピエントの拒絶および感染のリスクを制限する。 研究者は、これを達成するために全有機材料と幹細胞を使用することに頼っています。 このタイプの移植は、気管切開のような特定の病状のみに使用されることに注意してください。これは、スピーチの喪失や感染のリスクが高いなどの重大な後遺症を残します。

医学研究
バイオプリンティングは、医学、薬学および毒物学研究の実験のために生物学的組織を製造することを可能にする。 目標は、患者の細胞から作製された個別化された組織を作製し、これらの組織上でインビトロで治療を選択し、パーソナライズされた治療溶液を開発することである。 これらの企業が直面している大きな問題の1つは、ヒトの細胞、特に肝臓に対する新しい治療法の毒性を正確に評価する能力であり、1990年から2010年の間に治療の25%が市場から撤回されたか、肝臓への毒性作用のために ” このタイプのアプリケーションは、検索コストを下げることにもつながります。

癌の分野では、例えば、化学療法を試験するために、患者自身の組織の3D再構成(腫瘍の細胞環境を考慮して)を行うことが可能であり得る。 癌性腫瘍の連続印刷は、研究者が化合物を試験することを可能にし、したがって、所定の突然変異に対して最も有効な分子を標的とする。 現時点では、患者はこれらの検査のためにモルモットとして使用される。 治療の現在の開発時間は長く、病変組織をバイオ印刷することによって加速する可能性がある。

バイオプリント布の使用は、新しい治療法の研究および開発のコストおよびプロセスを削減することができる。 「1997年から2011年の間に、トップ12の製薬企業は、最終的に139の新しい治療法を承認するために、研究開発に8,155億ドルを費やしたため、1つの薬の商業化につながるプロセスは平均57億7000万ドルになります。言い換えれば、投資した資金の40%は研究所段階を超えていませんでした」。 化粧品および製薬会社は、バイオ印刷研究所に重要な財政的支援を提供する。

インビボ印刷
インビボでの印刷は、患者から組織を直接印刷することである。 例えば、BioPenは、幹細胞の混合物にバイオポリマーゲル(藻類抽出物:再生を促進するタンパク質)を注入することによって骨折および創傷を修復することができる。 この混合物をBioPenに混ぜ合わせると、損傷した領域を埋めるために骨または欠損した軟骨の表面に連続する層を重ねることで十分である。 ペンに取り付けられた紫外線源は、即座に物質を凝固させる。 時間が経つと、保護ゲルは分解し、細胞は増殖し、解離して神経、筋肉、骨細胞になり、領域を修復する。 この技術は、より高い精度を可能にし、手術時間を短縮する。 彼女はオーストラリアのウロンゴン大学に入院しており、臨床検査は決定的ですが、メルボルンのセントビンセント病院で臨床試験が始まります。 その後、骨折を即座に修復することができ、なぜ皮膚や器官も修復しないことがあります。 インビボでの印刷は、例えば、戦場で直接重傷者の兵士を治療するために燃やされた大きな傷について試験された。

合成肉
米国のスタートアップ、Modern Meadowは、肉を印刷できる3Dプリンタを作成するために350,000ドルを集めました。 この技術は、動物を殺して人間に食べさせることを避け、肉の生産をより環境にやさしく経済的にすることができます。

トランスヒューマニズム
プロテーゼを埋め込むことで、人間の体の部分を置き換え、プリンストン大学の科学者が作成した生体力学的な耳のような超人体を創り出すことによって、余命を延ばすことができます。

影響
3Dバイオプリントは、バイオマテリアルと呼ばれる革新的な材料の研究を可能にすることにより、組織工学の医療分野における大きな進歩に貢献します。 生体材料は、3次元物体を印刷するために適合され使用される材料である。 最も顕著な生物工学的物質のいくつかは、軟組織および骨を含む平均身体材料よりも通常より強い。 これらの構成要素は、元の身体物質の将来の代替物、改善さえも、その役割を果たすことができる。 例えば、アルギン酸塩は、身体構造材料のいくつかと比較して、実現可能性、強い生体適合性、低毒性、およびより強い構造能力を含む多くの生物医学的含意を有するアニオン性ポリマーである。 PVベースのゲルを含む合成ヒドロゲルも一般的である。 酸とUV開始PV系架橋剤との組み合わせは、Wake Forest Institute of Medicineによって評価され、適切な生体材料であることが決定されている。 エンジニアは、隣接組織からの栄養素や酸素の拡散を最大限にするマイクロチャネルの印刷など、他の選択肢も模索しています。また、防衛庁は、心臓、肝臓、肺などのミニ臓器を検査の可能性として印刷することを目指しています新薬の正確性を高め、おそらく動物実験の必要性を排除します。

法的側面
バイオ印刷は比較的新しい技術であり、まだ成功していないため、その法的側面には依然として幅広い問題が存在する。 これには、規制、特許、これらの知的財産法に関連する問題が含まれます。

バイオ印刷(一般的なほとんどのバイオ製造技術)は、一般の人々にはまだ利用できません。 したがって、以下のパラグラフにおけるこの技術の様々な法的問題に関する提案された解決策は、唯一の命題である。

ポリシーと規制
新技術の研究および規制面における国の介入は、後者の将来にとって重要である。 バイオ印刷に関して、過度に制限された規制は、印刷された臓器の闇市場を生み出す可能性がある。 バイオファンクショナルプリント製品へのアクセスが難しい場合、サービスや製品の品質が保証されない二次的な市場につながる可能性があります。

以下の提案はJaspar L. Tranに由来し、彼の論文「バイオプリントするかどうか、バイオプリントする」から引用されています。

禁止
最も簡単な解決策は、おそらくバイオ印刷のすべての活動を禁止することですが、長期的には多くの人命を救う可能性のある技術を終了させる効果があります。 もう一つの解決策は、研究と緊急事態を除いて禁止することです。 それは以前のものと同様の解決策ですが、今度は、研究と実験を継続する許可があります。 しかし、研究活動を行う有資格者、資金調達源(私的/公的)などの議論は依然として議論の余地がある。

自己規制
禁止措置に正反対の解決策は、規制を全く設けないことです。 だから、国家は市民とその市場を規制する能力を考慮する。 これは、個人が「正しい」倫理的なことを行うという仮定に基づいています。 バイオ印刷の場合、これはおそらく考慮されることがある。なぜなら、バイオ印刷はリスクをほとんど伴わないからである。 州は、教育や一般向けの安全指導の普及などを通じて、この技術を引き続きサポートすることができます。 しかし、これにより、この分野における新しい発明の特許が得られる可能性がなくなり、研究予算が削減される可能性がある。 研究を通して資金を提供する可能性は常にある。

特許と知的財産の付与
特許や知的財産は、商業化の可能性の高い新技術を支配しており、バイオ印刷ももちろんこの種の技術の一部です。 バイオ印刷に関する異なる特許が属する5つの主要なカテゴリーを特定することができます。

ヒドロゲル/細胞外マトリックス材料(ECM)
単離および細胞増殖
バイオリアクター
製造/流通方法
新しい3D印刷方法

特許プロの理由
イノベーションを促進し、発明者が投資利益を回収するためには、バイオ印刷に関する特許を出願することができなければなりません。 バイオ印刷はまだ初期段階にあり、追加の研究や開発がなければ、そのような技術の開発は、例えばクローニング技術と同じように停滞する可能性があることに留意されたい。

問題がある
バイオ印刷の特許に関する問題は、法律が一般的に人間の生物の特許権を禁止しているという事実である(人命の特許性を参照)。 しかし、バイオ印刷の場合、物事は単純ではありません。 製品が人間によって作成され、その性質上都合のよいように見えない場合、製品は特許性があることが分かるはずです。

技術的にバイオ印刷に関連するすべてのものは、創意工夫と人間の創造の結果です:製造プロセスとバイオ印刷された器官。 証明が難しい点は、バイオ印刷物が自然界には現れないということです。 器官または印刷された組織が人間の器官または組織の正確な複製物である場合、バイオ印刷製品は特許を取得できません。 したがって、バイオ印刷された組織は、(機能レベルで)人間の組織に非常に類似しているが、後者と構造的に異なる(現時点では)、特許取得可能である。

バイオ印刷製品の特許性に対する様々な課題や反対を避けることができる解決法は、そのような製品ではなく製造プロセスを特許することだけである。

倫理的、社会的な議論
バイオ印刷は、2015年の2012年から202年にかけて、論文の件数が急速に増加している科学文献のように、ますます多くの研究者にとって興味深いトピックです。多くの倫理的議論を引き起こし、いくつかの道徳的問題を提起する可能性がある。

シンガポール国立大学の研究者は、2016年にバイオプリンティング研究の最前線に倫理問題をもたらすための、包括的かつ総合的なアプローチを提案する記事を発表しました。

社会階層化
バイオ印刷は、最近の潜在的に高価な技術である。 それは、より良い人口のほんの一部にしかアクセスできないかもしれない。 この技術への不平等なアクセスは、所得に基づいて人々を分裂させ、より豊かな生活をより長く、より健康にすることを可能にする社会的階層化につながる可能性がある。

幹細胞の使用
バイオプリンティングは、特に繁殖し、専門化することができるという利点を有する幹細胞の使用に基づいている。 これらの細胞(胚)の起源に応じて、倫理的および社会的な疑問が生じるかもしれません。

リスク
幹細胞の使用および合成器官の作製に必要な強力な細胞増殖は、細胞増殖の特定のリスクが排除されないことを示唆している。 これらのリスクには、奇形腫または癌の形成、ならびにインプラントの脱落または移動が含まれる。 ほとんどのバイオ印刷研究は短期間で説得力のある結果を示していますが、長期的なリスクを評価するためにインビボ研究を行う必要があります。

胚性幹細胞(ESC)に関する議論
胚は、組織工学のための多能性幹細胞の非常に興味深い供給源であるが、胚の収集および使用は熱く議論されたトピックである。 これらの議論は、特に文化的および宗教的要因によって影響を受ける。

異なる宗教の位置
2003年、2003年2月の「実験医学と生物学の進歩」に発表された研究では、異なる宗教が胚性幹細胞と治療および生殖クローニングに関する研究をどのように認識しているかが報告されている。

カトリックと正教は、CSEに関する研究を禁止し、あらゆる形のクローニングを拒否する。

プロテスタントは、合理的かつ倫理的に実施され、生殖クローニングを拒否した場合、CSEと治療クローニングに関する研究を受け入れる。

プロテスタントのようにイスラム教徒は研究と治療のクローニングを受け入れているが、これは4ヵ月未満の胚で行われることを条件としている。 しかし、彼らは生殖クローニングを拒否している。

ユダヤ人は、クローンが無菌で、胚の使用期間が40日未満であれば、研究とクローニングを受け入れます。

最後に、仏教徒に関しては、彼らはESCsと治療クローンに関する研究に反対している。 一方、遺伝的改変が行われない限り、それらは生殖クローニングを受け入れる。

国別認識の違い
各国以上のESCの使用および研究に関する現在の規制の比較分析を含む報告書(胚性および幹細胞研究の許容性を超えた:実質的要件および手続き上の保護措置)が2006年に発表された。胚性幹細胞の研究は国によって大きく異なる。

フランス、ドイツ、スペイン、イタリア、オーストリア、アイルランド、イスラエル、スウェーデン、ベルギー、インド、カナダ、オーストラリアで治療クローニングが禁止されています。 それどころか、英国、デンマーク、日本、オランダ、韓国で認可されています。 地理的近接度にもかかわらず、国によって位置が異なることがわかります。アイルランドでは治療クローンが禁止されていますが、英国では許可されています。

研究や胚の使用を禁止する規則を採択したほとんどの国は、胚の発育状態および健康状態を改善するための操作の1つだけが受け入れられるという倫理的正当性を利用している。 したがって、胚に利益をもたらす研究のみを許可し、他の科学的目的を脇に置くことによって、この方針は胚に法的地位を与える。

反対に、いくつかの国では、胚や幹細胞に関する研究を広範に受け入れている。なぜなら、人間の苦痛と死を減らすことがより重要と考えるからである(人間の胚とは対照的)。 したがって、この研究は治療研究として考慮され、規制されている。 スイス、日本、フランス、ブラジル、アイスランドなどのいくつかの国では、治療分野における大きな進歩に寄与している限り、試験管内胚研究を受け入れています。

これらの知覚の強い違いは、バイオ印刷がどのように受け入れられるかに大きく影響する可能性がある。 したがって、これらの認識を研究し、反映させることは、宗教や文化、政治的影響力に複雑で、主に関連していることを反映することが重要です。