がん細胞の80%以上を死滅させます！ 3D プリントは肝臓がんとの戦いに役立ちます!

現在、わが国では原発性肝がんは悪性腫瘍の中で4番目に多く、がんによる死亡原因の第2位となっており、人々の生命と健康に深刻な脅威を与えています。それは暗雲のように個人や家族の上に立ち込め、彼らに重い肉体的、精神的負担をもたらします。かつて、肝臓がんと闘う主な方法は、病気がまだ進行していない肝臓がん患者に対して外科的切除を行うことでした。しかし、残存する小さな腫瘍細胞が病気の再発を引き起こす可能性があります。これまでの研究では、患者の最大46%において切除された肝臓の縁に残留細胞が検出されていることが示されています。残念なことに、肝臓がんの予後は極めて困難で、生存率は非常に低いのです。そのため、医師や研究者はがんの治療法を精力的に模索しています。補助化学療法を使用して肝臓がん患者の生存率を向上させることに加えて、 3Dプリント技術と組み合わせた局所薬物送達システム（DDS）は、患者に光と人生の希望をもたらす新星のようなものです。

最近、オーストラリアのアデレード大学のサンジェイ・ガーグ教授のチームが、「治療法の印刷：肝臓がん治療における局所的な薬物送達のためのカスタマイズされたソリューション」と題する研究論文をInternational Journal of Pharmaceutics誌に発表しました。この研究では、抗がん剤5-フルオロウラシル（5FU）とシスプラチン（Cis）を適量含んだゲルで作られた3Dプリントフィルムが、肝臓がん細胞の80％以上を効果的に殺し、再発率を大幅に減らし、従来の化学療法の全身的な副作用を大幅に軽減できることを世界で初めて実証しました。この画期的な研究の進歩は、肝臓がん患者に朗報をもたらすだけでなく、卵巣がんや頭頸部がんなどのさまざまながんの治療に新たな技術的サポートを提供します。

****出典：International Journal of Pharmaceutics研究内容と結果

これまでの研究では、5-フルオロウラシル（5FU）とシスプラチン（Cis）の併用が肝臓がんの治療に非常に効果的であることが示されており、この併用は胃がんの術中化学療法用のハイドロゲルの形で配合されています。 5-フルオロウラシル（5FU）とシスプラチン（Cis）はいくつかの癌種において抗癌効果が向上しているにもかかわらず、投与量と投与方法に関しては一貫したレジメンが確立されておらず、治療法ごとに異なります。現在、医療分野では、溶媒キャスト法、電界紡糸法、ホットメルト押し出し法など、ゲルフィルムを製造する方法がいくつかあります。しかし、がんの多様性のため、複雑な抗がん治療プロセスには、「万能」アプローチとは異なる新しいアプローチの構築が極めて必要です。

近年、3D プリント技術の導入により、がんとの闘いにおいて大きな進歩が遂げられ、個々の患者の特定のニーズを満たす個別化されたカスタマイズされた治療計画が提供されるようになりました。上記の問題を解決するために、研究者らは術後化学療法剤を充填した膜構造を開発しました。これは、抗がん剤5-フルオロウラシル（5FU）とシスプラチン（Cis）を適量充填したゲルでできた3Dプリント膜です。がんが切除される手術部位に正確に薬剤を配置できるため、薬剤が患部に集中し、残っているがん細胞を正確に攻撃すると同時に、従来の化学療法の副作用を効果的に抑えることができます。

出典: 国際薬学ジャーナル

この研究では、研究チームは、フィルム形状のカスタマイズ、薬物放出プロファイルの調整、有効成分の追加または除去など、高度な 3D 印刷技術を活用しました。 3D プリントされた薬剤の構造が異なれば、持続放出時間曲線も異なります。各フィルム層の充填パターンは異なり、第 1 層はグリッド、第 2 層はハニカムです。研究チームは、異なる充填パターンにより印刷時に最適なデザインが得られ、フィルムの構造が安定的に維持され、異なる充填比率を試すことで薬剤の放出を調整できることを発見した。試験後、フィルムの第 1 層の圧力は 35 ～ 55 kPa、第 2 層の圧力は 40 ～ 60 kPa でした。

このように薬物放出曲線と膜構造をオンデマンドでカスタマイズすることで、正確な薬物送達を効果的に保証し、血液系への負担を軽減し、患者に対する高用量薬物の深刻な副作用を軽減し、各患者に個別の治療計画を提供することができます。

出典: 国際薬学ジャーナル

ガーグ教授は、このカスタマイズされた投薬戦略ががん治療の効率を向上させる鍵であると指摘した。がんの多様性を考えると、従来の標準化された治療はもはや適用できません。この 3D プリント フィルムは、最大 23 日間薬剤の放出を制御する能力を備えており、持続的な治療効果を保証するだけでなく、生分解性により二次手術の必要性を回避し、治療プロセスをより人道的なものにします。さらに、この研究では、3D プリント プロセスのグリーンさを最適化し、指標のスコアに応じて評価および修正して、より環境に優しいものにしました。

研究の展望

3D 印刷技術は、「付加製造」または「ラピッドプロトタイピング」技術とも呼ばれ、3 次元モデル データを基礎として使用し、プリント ヘッド、ノズル、またはその他の印刷技術を使用して材料を蓄積することで部品またはオブジェクトを製造するプロセスです。現在、3Dプリント技術は本格的に発展しており、バイオメディカル応用の分野でも注目を集めています。

2024年2月1日、ウィスコンシン大学マディソン校のSujun Zhang氏のチームは、「機能的接続性を備えた人間の神経組織の3Dバイオプリンティング」と題する研究論文をCell Stem Cell誌に発表しました。この研究では、水平印刷を使用して、より柔らかい「バイオインク」ゲルに脳細胞（iPSCから分化したニューロン）を配置し、ニューロンとグリア細胞が組織層内および組織層間で機能的な接続を形成し、一般的な人間の脳組織のように成長して機能し、細胞の種類と配置を有機的に制御できる、初の3Dプリント機能的ヒト脳組織を開発した。これは、脳オルガノイドにはない機能である。脳の研究や、さまざまな神経系および神経発達障害（アルツハイマー病やパーキンソン病など）の治療に新たな技術的サポートを提供します。

出典: Cell Stem Cell

3D プリント技術のような医療分野の新たな寵児が出てくるのを待ちましょう。医師と科学者が一日も早く病気を克服し、人類の健康と安全を取り戻しますように！

参考文献:

[1] Souha H Youssef、Raja Ganesan、Marzieh Amirmostofian、他。治療薬の印刷：肝臓がん治療における局所的な薬物送達のためのカスタマイズされたソリューション、International Journal of Pharmaceutics（2024）。 DOI: 10.1016/j.ijpharm.2024.123790

[2] ヤン・Y、リー