「あなたのためのティッシュを作ってもらえませんか？」 11月3日にMIT.nanoが主催した2025年ミルドレッド・S・ドレッセルハウス講演会で、ジェニファー・ルイス博士’91はこう尋ねた。「この壮大な挑戦の目標は、これらの組織を治療用に、そして最終的には臓器全体の規模で作成することです。」
ハーバード大学のバイオインスピレーション工学のハンシオルグ・ワイス教授であるルイス氏は、3D プリンティングの進歩を通じてこの挑戦を続けています。対面とバーチャルを合わせた 500 名を超える参加者を前に行われた講演の中で、ルイス氏は、ソフト エレクトロニクス、ロボット工学、ライフ サイエンスで使用される 3D プリント コンポーネントの機能向上に焦点を当てた研究室の成果を共有しました。
「材料の作り方はその構造に影響を与え、それがその特性に影響を与えます」とルイス氏は言う。 「その視点は私にとって電球のような瞬間でした。プロトタイピングや形状の作成を超えて、実際に複数のスケールにわたって構成、構造、局所特性を制御できる 3D プリントについて考えました。」
訓練を受けて材料科学者となったルイスは、ハーバード大学に入学してバイオプリンティングとバイオエンジニアリングに重点を置いた自分の研究室を立ち上げたとき、生物学者の言葉を話せるようになることを検討しました。粒子とポリマーは幹細胞や細胞外マトリックスとどのように比較されますか?重要な共通点は、チャネルを開いたままにして、同化して消去できる素材が必要なことだ、と彼女は説明した。このニーズを満たすために、ルイスの研究室は、新しい 3D プリンティング方法、洗練されたプリントヘッド設計、および粘弾性インク (インクが液体と固体の間で行き来できることを意味します) を開発しました。
オクトボットと呼ばれる動くタコのビデオを見せながら、ルイス教授は、彼女のグループが加熱または冷却すると液体から固体に変化する 2 つの犠牲染料をどのように設計したかを示しました。このアイデアは、接触、光、熱、水分補給に反応して動的に変化する植物という自然からインスピレーションを得ています。オクトボットの場合、ルイスのチームは犠牲インクと、レイヤーごとではなく自由形式の 3D プリンティングを可能にする埋め込み印刷プロセスを使用して、完全に柔らかい自律ロボットを作成しました。中央の振動円が燃料 (過酸化水素) をガイドし、アームが膨張および収縮するときに上下に動きます。
ロボットから臓器工学まで
「組織工学において形状変化をどのように活用できるでしょうか?」ルイスは尋ねた。 「血液が体内を絶え間なく流れるのと同じように、私たちは継続的に治癒を得ることができます。」
ルイスの研究室は現在、患者固有の細胞を使用してヒト組織、特に心臓、腎臓、脳組織を構築することに取り組んでいます。ルイス氏の説明によると、その動機は、病気の人のために人間の臓器が必要であるというだけでなく、臓器の提供を受けるということは、残りの人生で免疫抑制剤を服用することを意味するという事実である。代わりに、その組織が自分自身の細胞から作られれば、それはあなたの体により強く適合するでしょう。
「機能性材料や構造材料をインプリントするために粘弾性マトリックスを設計したのと同じように、幹細胞を採取し、犠牲書き込み法を使用して発光血管を書き込むことができるのです」とルイス氏は述べた。このプロセスでは、ルイスが SWIFT (機能組織への犠牲書き込み) と呼ぶ技術を使用します。ルイス博士は、実験結果を共有しながら、心臓の構成要素に分化した幹細胞が最初は別々に拍動する様子を示しましたが、SWIFTをサポートするより狭い空間に押し込まれた後、これらの構成要素が融合して同期して拍動する単一の組織になることを示しました。次に、彼女のチームは、温度変化で凝固または液化するゼラチン インクを使用して人間の血管の複雑なデザインを印刷し、インクを洗い流して開いた内腔を残します。運河は開いたままで、活発な液体が流れ続ける血管網を模倣しています。 「私たちが目指しているのは、これをさまざまな組織タイプに拡張するだけでなく、大規模に血管を構築できるメカニズムを構築することです」とルイス氏は述べた。
ミルドレッド・S・ドレッセルハウスを讃えて
最後に、ルイスはドレスルハウスが彼女のキャリアに与えたプラスの影響について振り返りました。 「捧げたいと思います [talk] 「ミリー・ドレッセルハウスへ」とルイスさんは言った。彼女はミリーさんの言葉を指摘した。「キャンパスに女性教授がいることの一番の利点は、女性学生たちに自分たちにもできると教えてくれるということだ。」1980年代後半、工学博士号を持つ女性がほとんどいなかった時代に材料科学と工学の大学院生としてMITに来たルイスさんは、「彼女のような身長の人を見るだけで、本当に刺激になった」と述べた。彼女がしてくれたこと、学生として、教職員として、そして今も素晴らしいインスピレーションを与えてくれたことに、とても感謝しています。」
講義の後は、MIT 機械工学部組織工学のユージン ベル キャリア開発助教授、ルイス リト ラマン氏との質疑応答セッションに参加してください。彼らの議論には、3D プリンティング、組織の修復と再生、宇宙でのバイオプリンティングのためのハードウェアとソフトウェアに関するアイデアが含まれていました。
「ミルドレッド・ドレッセルハウスとジェニファー・ルイスは科学に驚くべき貢献をしており、私を含むMITコミュニティ内外の多くの人々にとってインスピレーションを与えるロールモデルとしての役割を果たしてきました」とラマン氏は語った。 「組織工学者としての私のキャリアの中で、ルイス教授とそのチームによって開発されたツールと技術は、私の研究室が実施する研究に重要な情報を与え、可能にしてきました。」
これは、「炭素科学の女王」として多くの人に知られている故MIT教授ミルドレッド・ドレッセルハウスに敬意を表して名付けられた、7回目のドレッセルハウス講演会でした。毎年恒例のこのイベントは、ドレッセルハウスの生涯、功績、価値観にそのリーダーシップと影響力を及ぼす科学および工学分野の重要人物を世界中から讃えます。
「ルイス教授は、さまざまな点でミリー・ドレッセルハウスの精神を体現しています」とMIT.nano所長のウラジミール・ブローヴィッチ氏は語った。 「ミリーの画期的な研究はよく知られていますが、ルイス教授の 3D プリンティングと生物由来の材料における画期的な研究は、その遺産を引き継いでいます。」
