2021年7月27日、ライス大学（テキサス州ヒューストン）の生物工学者が3Dプリントとスマートバイオマテリアルを用いて、1型糖尿病患者のためのインスリン産生インプラントを製作していることが発表された。この3年間のプロジェクトは、Omid Veiseh博士とJordan Miller博士の研究室が共同で行っており、糖尿病研究の世界的な主要基金である若年性糖尿病研究財団（JDRF）の助成金を受けている。Veiseh博士とMiller博士は、ヒトの幹細胞から作られたインスリンを産生するβ細胞を用いて、血糖値を感知し、適切な量のインスリンを投与することで血糖値を調整するインプラントを開発しようとしている。
バイオエンジニアリング学科の助教授であるVeiseh博士は、移植された細胞治療を免疫系から保護する生体材料の開発に10年以上を費やしてきた。また、バイオエンジニアリング学科のMiller准教授は、15年以上にわたり、血管系（血管のネットワーク）を持つ組織を3Dプリントする技術を研究してきた。
Veiseh博士は、「膵臓が通常行っていることを本当に再現したいのであれば、血管系が必要にながる。それが、今回のJDRFとの共同研究の目的だ。膵臓にはもともと血管があり、細胞は膵臓の中で特定の方法で組織化されている。Jordanと私は、自然界に存在するのと同じ方向にプリントしたいのだ」と述べた。
1型糖尿病は、膵臓から血糖値をコントロールするホルモンであるインスリンが分泌されなくなる自己免疫疾患だ。約160万人のアメリカ人が1型糖尿病を患っており、毎日100人以上の患者が診断されている。1型糖尿病は、インスリン注射で管理できる。しかし、インスリンの摂取と食事、運動、その他の活動とのバランスをとることは困難だ。研究によると、米国の1型糖尿病患者のうち、目標とする血糖値を常に達成しているのは3分の1以下であると推定されている。
Veiseh博士とMiller博士の目標は、このインプラントが糖尿病マウスの血糖値を少なくとも6ヶ月間は適切に調整できることを示すことだ。そのためには、人工的に作られたβ細胞に、血糖値の急激な変化に対応できる能力を持たせる必要があるという。
「移植した細胞を血流に近づけて、β細胞が血糖値の変化を感知して素早く反応できるようにしなければならない」とMiller博士は語る。
インスリンを分泌する細胞は、血管から100ミクロン以内の距離にあるのが理想的だという。
「我々は、3Dバイオプリンティングによる事前の血管形成と、宿主による血管リモデリングを組み合わせて、それぞれのインプラントに宿主との統合を何度も試みている」とMiller博士は語った。
インスリンを産生する細胞は、テキサス州癌予防研究所の奨学生でもあるVeiseh博士が開発したハイドロゲル製剤で保護される。このハイドロゲルは、細胞治療薬をビーズサイズの球体に封入するのに有効であることが証明されており、その孔は、内部の細胞が免疫系に攻撃されなずに、栄養分や生命維持に必要なインスリンが通過できるサイズになっている。
ハイドロゲルのコンパートメントについて、Veiseh博士は「血管はその中に入ることができる。同時に、体がゲルを拒絶するのを防ぐための小分子をコーティングしている。だから、体との調和がとれているはずだ」と述べた。
インプラントが血糖値の高低に反応するのが遅すぎると、インスリン濃度が危険なレベルまで上昇したり下降したりを繰り返す、ジェットコースターのような効果が生じる可能性がある。
Veiseh博士は、「この分野では、遅延に対処することが大きな問題だ。マウス、そして最終的にはヒトに、食事を模したグルコースチャレンジを与えたとき、その情報が細胞に届くまでにどれくらいの時間がかかり、どれくらい早くインスリンが分泌されるのか？」と述べた。
Miller博士は、インプラントに血管を組み込むことで、β細胞組織が膵臓の自然な動きに近い形で動作することを期待している。
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ライス大学のバイオエンジニアらは、1型糖尿病用の血管付きインスリン産生インプラントを設計している。大学院生の Madison Royse 氏が、3Dプリントしたハイドロゲルを生体組織に変えて、血流を調べる実験装置を実演している。(写真提供：Jeff Fitlow/Rice University）
BioQuick News：Rice University Team Creating Insulin-Producing Implant for Type 1 Diabetes
