3D プリンターが眼科医療へのアクセス改善にどのように役立つか

May 10, 2023

近年、医療分野での 3D プリンティングの使用が増加しています。

3D プリントは、特定のインプラントや補綴物の作成にすでに使用されています。 そして現在、人間の臓器や組織、医薬品に 3D プリンティングを使用する方法の研究が進行中です。

さて、カナダのオンタリオ州にあるウォータールー大学の眼科研究教育センター（CORE）の科学者たちは、最近ARVO 2023年次総会で、3Dプリンティングが目のケアにどのように潜在的に使用できるかを示す研究を発表しました。

3D プリンティングの用途としては、眼球への薬物送達、生分解性コンタクト レンズ、目を通して送達される薬物のテストに使用できる 3D バイオプリント眼球モデルなどが考えられます。

この研究結果は査読済みの雑誌にはまだ掲載されていません。

文字や写真を平らな紙に印刷する標準的なプリンターとは異なり、3D プリントでは実際の 3 次元アイテムが作成されます。

3D プリンターは、材料の「印刷」層を使用してこれを行います。 これらのレイヤーは引き続き構築され、印刷されるオブジェクトの形を形成します。 このため、3D プリンティングは付加的な技術とみなされます。

プラスチック、金属、複合材料、セラミックなどのさまざまな材料を使用して、オブジェクトを 3D プリントできます。

3D プリント医療機器については、食品医薬品局 (FDA) が現在、機器・放射線保健センター (CDRH) を通じてこれらの品目を規制しています。

ウォータールー大学の眼科研究教育センター (CORE) の生物科学責任者であるアレックス・ホイ博士によると、3D プリンティングの主な利点は柔軟性です。

「3Dプリンティングは、眼鏡、コンタクトレンズ、薬物送達眼内インサートに至るまで、眼科装置を迅速かつオンデマンドでカスタム製造するための新たな道を切り開きます」と同氏はメディカルニューストゥデイに語った。 「この技術を活用して、薬剤をスクリーニングしたり、新しい眼科製品をテストしたりするための、より優れた in vitro 眼球モデルを作成することもできます。」

「アイケアにおける 3D プリンティングの可能性は非常に有望ですが、この現実からはまだかなり遠いです」と Hui 氏は付け加えました。 「まさにそれが、私たちがこの研究を進め、3Dプリンティングと眼科用途の間の橋渡しを支援することに決めた理由です。」

科学者が目の健康における 3D プリンティングに注目したのはこれが初めてではありません。 2022 年 12 月の研究では、3D バイオプリンティングを使用して目の組織を作成する方法が示されました。 他の研究では、コンタクトレンズや眼内レンズの 3D プリンティングが検討されています。

「消費者の観点から見ると、3D プリンティングにより、オフィスや家庭などの医療現場での医療機器の製造が可能になる可能性があります」とホイ氏は述べた。 「最も有用な用途は、個別の患者向けにカスタマイズされた、一回限りの、または特殊なデザインが必要な場合です。私たちは、このテクノロジーが、カスタムおよびパーソナライズされた製品が非常に望まれている強膜レンズ、オルソケラトロジー、および薬物送達に影響を与える可能性があると想定しています。賞味期限が短い製品や、製造に数週間から数か月かかる製品も、このテクノロジーの恩恵を受ける可能性があります。」

3D プリンティングのイノベーションのうち 3 つは、3D プリンティングされたポリジメチル シロキサン (PDMS) マイクロ流体チップの作成と使用を中心に展開されました。

研究者らは、このチップを使用して特定の条件に対する眼細胞の反応をテストすることや、このチップを使用して目を通して投与される薬をテストできるコンタクトレンズを作成することを検討しました。

さらに、科学者たちは、細胞生物学的研究に使用するために、ヒト角膜上皮細胞 (HCEC) を PDMS チップに組み込むことができました。

「マイクロ流体デバイスは研究や診断に使用される一般的なツールです」とホイ氏は説明した。 「たとえば、同様の原理を使用する新型コロナウイルスのテストストリップを考えてみましょう。そこでは少量の液体だけが情報として利用されます。PDMSで作られたテストストリップは主に細胞を含む研究に使用されますが、PDMSマイクロ流体デバイスを製造する従来のプロセスは非常に長く、高い。"

「CORE はこのプロセスを促進する方法として 3D プリンティングを活用し、従来のアプローチでは通常不可能だったデザイン要素を作成できるようにしました。」と彼は続けました。 「私たちはこれらのPDMSチップを利用して、安全性と有効性の観点から細胞上での新薬や新製品の試験とスクリーニングを支援しています。将来的には、これらのチップを、特定の眼疾患の涙液膜バイオマーカーの検出などの診断ツールとして設計することもできます。」設計から最初のプロトタイプまでは比較的迅速に行われました。」

別の研究では、3D プリンティング眼科用デバイス用の生分解性バイオインクの開発に焦点を当てました。

この研究では、研究者らはバイオインクを使用して、生分解性コンタクトレンズの製造に使用できる材料を 3D プリントしました。

「バイオインクは、3Dプリンターを使用して印刷することもできる、互換性のある生物学的プロファイルを備えた材料です」とホイ氏は述べた。 「私たちはこの技術を利用して、薬物送達用の生分解性の眼用インサートを印刷したいと考えています。その幾何学的デザインは非常にシンプルなので、これを簡単に行うことができます。」

「学習演習として、ソフト コンタクト レンズを印刷できるかどうかも確認したいと思いました。ソフト コンタクト レンズは非常に薄くて柔らかく、適切に印刷するには多くの課題があります。」と彼は付け加えました。 「私たちは学んだ教訓を活かし、3D プリントのハード レンズ、つまり強膜レンズやオルソ K レンズに応用していきます。」

COREの研究者らは、角膜と強膜の自然な表面を模倣した表面を備えたソフトヒドロゲル眼球モデルも開発しました。 このモデルには、自然な目の内部を模倣する内部チャンバーもあります。

研究者らは、このタイプの眼球モデルは、眼科薬の投与とそれが角膜を通ってどのように吸収されるかをテストするために使用できると考えています。

「薬物がどのように拡散し、目の奥まで浸透するかを理解する必要がある研究は数多くありますが、それをシミュレートする方法はありませんでした」とホイ氏は説明した。 「さまざまなバイオインク配合を実験することで、前眼房と後眼房をシミュレートする中空構造を備えたヒドロゲル眼球を 3D プリントできるようになりました。さらなる進歩は、眼の奥へのさまざまな薬物送達方法の研究に役立つでしょう。私たちの研究が発展するにつれて、私たちは研究だけでなく教育目的でもモデルを作成し、臨床医が患者と対話する前にモデルのテクニックを学び、実践できるようにしたいと考えています。」

Medical News Today は、この研究について、カリフォルニア州メモリアルケア オレンジコースト メディカル センターの眼科医ベンジャミン バート博士にもインタビューしました。

「私たちが提供するケアを改善し、未来をもたらすために新しいテクノロジーを応用することは、常に有益であり、常に非常に刺激的です」と、この特定の研究には関与していないバート氏は述べた。

バート氏は、3D プリンティングが将来アイケア専門家にもたらす可能性のある利点について、アクセシビリティを広げることになると述べた。

」つまり、世界のある地域で開発されたテクノロジーを 3D プリンターにアクセスするだけで印刷できるということは、そのテクノロジーを非常に遠隔地に持ち込んでも依然としてアクセスできることを意味します。非常に高度な技術です」と彼は語った。

「これは非常に興味深い技術だと思います」とバート氏は付け加えた。 「これには将来多くの用途があります。そしてこれは、それが利用できる可能性のあるもののいくつかを導入するための最初のステップのようなものでした。時間が経つにつれて、そして社会が進むにつれて、それについてもっと多くのことを聞くことになると思います」研究は引き続き進んでいます。」