再生医学ジャーナル

生体材料と生体工学

センサーチップの埋め込みによる血糖値の継続的な監視と制御の開発に向けて技術の進歩が進んでいます。ラボオンチップ技術は、診断を最新化し、診断をより容易にし、規制されたものにすることが期待されています。明日の医療を改善できる他の分野は、ドラッグデリバリーです。マイクロニードルは従来のニードルの限界を克服する可能性を秘めており、人体のさまざまな場所に薬物を送達するために研究されています。足場製造の分野では大きな進歩があり、組織工学の可能性が向上しました。組織工学用の新しい足場のほとんどは、ヒドロゲルとクライオゲルです。動的ヒドロゲルは、組織工学および薬物送達において大きな用途があります。さらに、クライオゲルは超マクロ多​​孔性であるため、ほとんどの哺乳類細胞タイプの付着と増殖が可能であり、組織工学や生物分離への応用が示されています。

ヘルスケアの観点から、生体材料は次のカテゴリに分類できます。 (1) 合成 (金属、ポリマー、セラミック、および複合材料)。 （２）天然由来（動物由来、植物由来）。 (3) 半合成またはハイブリッド材料。これらすべての種類の生体材料は、長い間医療に使用されてきましたが、その後の開発により、医療における有用性が高まりました。金属は、耐荷重用途に広く使用されている材料の一種です。例としては、固定プレートや人工関節を破壊するためのワイヤーやネジが含まれます。人工股関節置換術では、大腿骨コンポーネントは通常、Co-Cr-Mo 合金、Co-Ni-Mo 合金、またはチタン合金から製造されます。インプラントまたは生体医療機器としてのポリマーは、顔面プロテーゼ、気管チューブ、腎臓および肝臓の部分、心臓の部品などとして使用されます。超高分子量ポリエチレン (UHMWPE) は、膝関節、股関節、肩関節への応用が示されています。

セラミックは、歯科インプラントまたは充填材料としての用途が明らかになりました。セラミックは破壊靱性が低いため、耐荷重材料としての用途は限られています。複合材料は、低密度と高強度の組み合わせにより、義肢に広く使用されています。ビスフェノール A-グリシジル-石英/シリカフィラーやポリメチルメタクリレート-ガラスフィラーなど、数種類の複合材料が歯科修復物に広く使用されています。コラーゲン、ゼラチン、アルギン酸塩、ヒアルロン酸などの天然由来のポリマーは、細胞の成長と増殖をサポートする三次元 (3-D) 足場の製造のために医療分野で広く使用されています。このような 3-D 細胞播種足場は、天然の宿主組織を模倣するため、再生医療の分野で重要な応用可能性があります。天然由来の生体材料は機械的強度が限られているため、耐荷重領域での用途が制限されます。そのため、そのような材料は機械的特性を改善するために化学的に修飾されています。例には、リジンおよびヒドロキシルリジンで修飾されたコラーゲン鎖、PEG化フィブリノーゲン（PF）などが含まれます。

第一世代の生体材料は、1960 年代から 1970 年代にかけて、医療インプラントとしての応用を目的として進化しました。これらの生体材料の製造における基本的な目標は、宿主組織に対する毒性を最小限に抑えながら、物理的特性と機械的特性のバランスを維持することでした。外科医が求める第一世代生体材料の理想的な特性は、(1) 適切な機械的特性。 (2) 水環境における耐腐食性。 (3) 生体組織において毒性または発がん性を誘発してはならない。しかし、第 2 世代の生体材料は生物活性をもつように開発されました。生体材料技術のさらなる開発は現在、特定の細胞反応を刺激できる第 3 世代生体材料の拡大につながりつつあります。例としては、生体組織の再生を刺激する遺伝子を活性化するように設計された生体活性ガラス (第 3 世代) や多孔質フォームが挙げられます。宿主の天然の細胞外マトリックスを模倣するために、ナノスケールの特徴を有する足場材料を開発する努力もなされている。

現在、研究者の主な焦点は、天然の組織と同じ構造的特徴を有する人工組織（生体材料として）の開発である。生体材料の開発と使用は、今後数年間で拡大すると予想されます。新しい予後診断方法が開発され、手頃な価格の医療のための革新的なアプローチの進歩を支援するために利用可能になりつつあります。