缶オルガン

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マイクロテクノロジーと生物学が融合すると何が起こるでしょうか? オルガン・オン・チップ (OOC) を取得します。

Organ-on-a-chip は、組織や臓器の構造と機能を小型のデバイスまたはチップ上に再現することを目的とした、ユニークで革新的な技術です。 組織または器官自体は、人工的に作製することも、自然に獲得することもでき、マイクロ流体チップ内で成長させます。

この技術は生物医学研究に革命をもたらし、従来の動物実験に代わる手段を提供するという大きな期待を持っています。 ただし、この技術の研究はまだ初期段階にあります。

動物実験は、科学研究だけでなく、化粧品の試験や医薬品開発でも長い間行われてきました。 しかし、動物に苦痛や危害を与えるため、倫理的に重大な懸念が生じます。

ウィン研究所/ハーバード大学

さらに、人間と動物の生理機能は同一ではないため、人間の動物モデルの使用には制限があります。 この矛盾は、製品の有効性と安全性を予測する際に問題を引き起こす可能性があります。

さて、本当の疑問は、OOCテクノロジーは動物実験に代わるより良いものなのか、そして医薬品開発をスピードアップできるのかということだ。

ここでは、OOC テクノロジーをテスト目的で使用する可能性、この分野の技術開発がどこに向かっているのか、進歩を妨げている制限について探ります。

OOC テクノロジーは、マイクロテクノロジー、生物学、工学原理を統合して、機能的な組織モデルを作成します。 これらのチップは通常、透明な材料でできており、生細胞が並んだマイクロ流体チャネルで構成されています。

OOC デバイスの作成には通常、微細加工技術を使用したチップの製造と、その後のチップのマイクロ流体チャネルに統合される細胞培養の準備が含まれます。

ミカエル・ヘグストロム医師/ウィキメディア・コモンズ

サンプルの準備が完了すると、流体の流れを確立するために動的環境が作成され、器官の環境を模倣するために機械的な力が適用されます。 OOC デバイスにはセンサーも取り付けられており、臓器の生存率、代謝、電気活動などのさまざまなパラメーターを監視するのに役立ちます。

OOC テクノロジーは、ネイティブの組織や器官の動作を模倣する 3 次元環境を提供することで、実際の器官系とほぼ同じ方法で細胞が相互作用し、通信できるようにします。

大まかに言えば、チップ上の臓器の数に応じて、単一臓器 OOC システムと複数臓器 OOC システムという 2 種類の OOC テクノロジーがあります。

単一臓器 OOC システムは単一の臓器で構成されており、個々の臓器の機能を調べるのに非常に役立ちます。 ただし、個々の臓器の機能は他の臓器からも影響を受けるため、複数臓器の OOC システムを研究することも重要です。

チップ上の複数臓器システムの初期の概念の 1 つは、2004 年に Kwanchanok Viravaidya、Aaron Sin、Michael L. Shuler によって研究されました。彼らの OOC デバイスは、肺、脂肪、肝臓、その他の組織を表す 4 つのコンパートメントを組み合わせたものでした。 。

NCATS/ウィキメディア・コモンズ

しかし、OOC テクノロジーにおける大きな進歩の 1 つは、ハーバード大学生物インスピレーション工学研究所の Donald Ingber 氏によって主導されました。 2010 年、イングバーと彼のチームは、初めてマイクロエンジニアリングに成功した肺オンチップの開発に成功しました。

しかし、OOC テクノロジーは従来の細胞培養とどう違うのでしょうか?

従来の細胞培養または組織培養は、研究室で細胞を増殖させて研究するために使用されます。 これらの方法には、ペトリ皿や細胞培養フラスコなどの二次元表面上で、通常は必須栄養素と成長因子を含む液体培地中で細胞を成長させることが含まれます。

「組織培養」という用語は、アメリカの病理学者モントローズ・トーマス・バローズによって造られ、1800 年代から使われてきました。 しかし、OOC 技術の最近の進歩により、多くの異なる側面で従来の細胞培養を超えることが可能になりました。