新たなバイオインタフェースを開発できる可能性も

NTTは2017年12月22日、生体適合性が高い高分子薄膜を用いて立体構造を作製し、その構造内に細胞を内包して培養することで、微小な心筋や神経の生体組織を再構築する手法を開発したと発表した。これにより、生体組織の表面形状にフィットする生体内埋め込み素子など、新たな生体インタフェースの開発につながる可能性があると、NTTは期待する。

今回の研究開発では、生体内埋め込み材料として広く用いられてきた、シルクフィブロインゲルとパリレンという2種類の高分子材料を利用。これに、基板との接着剤の役目を果たすアルギン酸カルシウムゲルの薄膜を加えた、計3種類が積層された高分子薄膜を基板上に形成した。この薄膜を、フォトリソグラフィ技術を用いて任意の2次元パターンに成形する。

その後、アルギン酸カルシウムゲルを溶かし、基板から、シルクフィブロインゲルとパリレンを張り合わせた薄膜のみをはがす。アルギン酸カルシウムゲルが溶けていくにつれ、薄膜がくるりと丸まっていき、筒状に変形していく。筒状になる際に、薄膜表面に存在する細胞を取り込んで内包化する。

内包化された細胞を約1週間培養すると、細胞独自の機能を持つ生体組織様構造に変化していく。NTTの研究では、初代心筋細胞を使い、筒状構造体の内部で培養した結果、細胞同士が凝集して1本の微小な心筋ファイバーとして構造体を形成することを実証したとする。さらに、その心筋ファイバー内の細胞が同期して拍動する様子などが観測されたという。

立体構造の中に細胞が内包化されるイメージ 出典：NTT

構造体の内部で形成された細胞の塊は、細いガラスの管（キャピラリー）を用いて捕捉し、他の場所に移すこともできる。そのため、例えば、細胞を内包化した2つの筒状構造物を隣同士に並べ、細胞を接続させることで、人工的な神経回路を生成できるという。また、任意の生体組織のような3次元構造も作れる。

今回開発した技術は再生医療の他、生体組織内埋め込みデバイスなどにも応用できるとNTTは意気込む。例えば、今回の研究で用いた高分子材料に、導電性や磁場応答性といった機能を付加することで、多様な機能を備える新たな生体インタフェース（バイオインタフェース）を開発できる可能性もあるという。