血管を含む生きている皮膚の合成

レンセラー工科大学の研究者たちが、血管が詰まった生きた皮膚を3Dプリントする方法を開発した。

Tissue Engineering Part Aのオンライン版で本日発表されたこの進歩は、われわれの体が自然に作り出す皮膚に近い移植片を作り出すための重要な一歩である。

レンセラー工科大学でこの研究を率いた(シービーエス)のメンバーで、化学・生物工学の准教授を務めるパンカイ・カランド氏は、

「現時点では、臨床製品として入手できるものは、どちらかというと高級なバンドエイドのようなものだ。」と語る。

「創傷治癒を促進するが、最終的には脱落するだけであり、宿主細胞とは決して統合しません。」この統合に対する大きな障壁は,皮膚移植片における機能的血管系の欠如であった。

Karande氏は数年前からこの課題に取り組んでおり、これまでに、研究者が二種類の生きたヒト細胞を取り出して「バイオインク」にし、それを皮膚のような構造に印刷できることを示す最初の論文を発表している。

それ以来、彼と彼のチームは、脈管構造を組み込むためにエール大学医学部の研究者と協力している。

この論文で研究者らは、血管の内側を覆うヒト内皮細胞や、内皮細胞の周囲を包むヒト周皮細胞などの重要な要素に、動物のコラーゲンや皮膚移植片に典型的にみられる他の構造細胞を加えると、細胞は数週間以内に連絡を取り、生物学的に意味のある血管構造を形成し始めることを示した。

Karande氏がこの開発について説明しているのを見ることができる。

「私たちは生物学の再現に取り組むエンジニアとして、生物学は研究室で作る単純なシステムよりもはるかに複雑であるという事実を常に認識し、認識してきました。」とカランド氏。

「私たちがその複雑さに近づき始めると、生物学がそれに取って代わり、自然界に存在するものにどんどん近づいていくことに、私たちはうれしい驚きを覚えました。」

イェール大学の研究チームが特殊なマウスに移植すると、レンセラー工科大学の研究チームがプリントした皮膚から採取した血管が、マウス自身の血管と連絡を取り始めた。

「これは非常に重要なことですなぜなら移植片に血液と栄養分が移動して移植片が生き続けるようにしているからです」とカランド氏。

これを臨床レベルで使えるようにするには、CRISPR技術のようなものを使ってドナー細胞を編集し、血管を患者の体に統合して受容できるようにする必要がある。

「まだその段階ではありませんが一歩近づいています」とカランド氏。

「この重要な発展は、精密医療における3D生検の大きな可能性を浮き彫りにしている。精密医療では、特定の状況に合わせて、最終的には個人に合わせて解決策を調整することができる。」とCBISのディーパック・バシシ所長は述べ、「これは、レンセラー工科大学のエンジニアたちが人間の健康に関する課題をどのように解決しているかを示す完璧な例です。」とカランド氏は述べた。

しかし、彼のチームが作成した移植片は、糖尿病や褥瘡など、より個別的な問題を抱えている人々の支援に、研究者たちを近づけるものです。

「これらの患者にとっては、これらは完璧であろう。なぜなら、潰瘍は通常、体の別々の部位に現れ、より小さな皮膚片で対処できるからである。」とカランド氏。

「糖尿病患者の創傷治癒には通常、より長い時間がかかるが、これはまた、その過程を加速するのに役立つ。」

コールドスリープを利用した手術

歴史上最初のコールドスリープ（人工凍結）と呼ばれる手法は、銃による負傷や刺し傷などの外傷患者の体温低下を誘発し、意図的に臓器機能を遅らせるために使用されました。

この手順は、緊急保管または蘇生（EPR）と呼ばれ、外科医の時間を最大2時間延長できます。
少なくとも1人の患者の手術でコールドスリープが使用されたことが知られていますが、その後の患者の負傷状況や行方は発表されていません。
臨床試験はまだ進行中です。
患者が急性の外傷を負っている場合、外科医は重度の酸素または失血が起こる前に傷を縫うのに数分しかありません。
患者は血液の半分以上を失い、心停止状態にあり、生存率はわずか約5％です。
しかし、そうでなければ、トムソンは、患者が出血で死亡する前に傷に対処できないと言います。
EPR処置中、手術チームは大動脈（心臓から出る主動脈）で少なくとも1分間の速度を維持し、氷冷生理食塩水（サリン）を送り出します。
体温が華氏50〜60度に下がると、血液循環と脳の活動が劇的に遅くなり、手術の時間が残ります。
傷が縫合された後、外科医は心肺蘇生装置を使用して患者に血液を送り返し、体が自然に温まるまで徐々に温度を上げていきます。
11月18日、ニューヨーク科学アカデミーで、メリーランド大学外科教授サミュエルティッシャーマンは、EPRと研究チームの進歩に関する医学についてのプレゼンテーションを行いました。
Tishermanは、ボルチモアにある大学のショック外傷センターでEPR実験を主導しています。
「これは最先端の科学であり、詳細が明らかになれば、人体の扱い方に大きな影響を与えます」と、ニューヨーク大学ベルビュー病院センターの外傷外科医マルコ・ブクルは言います。
Journal of Trauma and Acute Care Surgeryの2017年の記事で、Tishermanと彼のチームは、EPRが大型動物に効果的であると報告しました。
この実験では、ブタを使用し、ブタの冷却、手術、蘇生に成功し、脳機能の持続が確認されました。
しかし、倫理的な考慮事項の重要性により、この実験をトラウマケアに持ち込むには注意が必要です。実験は20人の患者、EPRを受けている10人の患者、および標準治療を受けている10人の患者で構成され、適格要件により参加者の数が制限されます。
たとえば、この実験に参加するには、患者が脊髄や脳の損傷を受けてはならず、EPRプロセスに入ってから5分以内に脈拍がなければなりません。
外傷センターは、患者が到着したときに適切な患者を受け入れるように編成されなければなりません。バッカー氏は、CPRを取得し、それを処理できる臨床技術者を雇うのは非常に費用がかかると言います。
「1人の患者が正常にバイパスされたという事実は明らかですが、1人の患者だけに基づいてこれを成功または失敗と呼ぶべきではないと思います。」ブッカーは言います。
Bukerの発言と相まって、ボルチモアと医学界は恵まれない実験の長い歴史を持っています。
ボルチモア・サンは、ボルチモアでの射撃死傷者の90％以上が男性であり、その90％が黒人であり、そのほとんどが30歳未満であると言います。
ボルチモア外傷センター近くの地域の人口統計のため、トライアル参加者が「黒人、低所得、男性」であるという明確な事実。
「多くの場合、人々がそのような研究の基礎を手に入れたいなら、彼らは病気の患者などの救急患者にクイックスタートとしてそれを示すべきであり、より良い解決策が必要です。
また、これは研究であるため、定義によって利点がリスクを上回るかどうかは不明です。」イェールの医療倫理学者、ハリエット・A・ワシントンは言います。
研究の多くの合併症に対するコールドドリップの長期的な健康への影響は不明です。
ニューサイエンティストによると、人間の脳は通常、酸素なしで約5分間しか機能しませんが、脳と体の他の部分が冷えると、生化学反応が遅くなり、体は酸素を長時間耐えることができます。
それにもかかわらず、酸素欠乏は脳やその他の重要な臓器に長期的な損傷を引き起こす可能性があります。
体が再び温まり、血液が回復すると、酸素との化学反応により組織が損傷する可能性があります。
重篤な場合、特に主要な身体組織が影響を受け、患者が長期間心肺蘇生装置に依存している場合、複数の臓器不全が発生する可能性があります。
Tishermanは、研究チームは、再灌流傷害（血液再灌流が発生した場合の虚血状態の臓器または組織の微小循環におけるさまざまな毒性物質の生成によって引き起こされる障害）を最小限に抑えると言われる「混合薬」の使用を検討していると言います。
この試験は来年に完了する予定であり、全国の病院の外傷センターで手術が広く行われる前に、重傷を負った患者にコールドスリープテクニックを使用するかどうかが決定される可能性があります。