再生医療で使う神経足場のための新しい生体材料と製造技術
Novel biomaterial and hybrid electrospinning technology for tissue
engineering applications

分子神経科学ユニット
Molecular Neuroscience Unit (Terenzio Unit)
准教授
Assistant Professor

マルコ・テレンツィオ
Marco Terenzio従来技術とその問題点
Existing technology and its problem
既存の生体用足場（スキャフォールド）製造方法は、エレクトロスピニングとフォトリソグラフィーを使用。
Current fabrication setups for biomedical scaffolds use electrospinning and photolithography.

エレクトロスピニングはカスタマイズに対応しておらず、フォトリソグラフィーは時間がかかる上、非生分解性で、毒性がある、高価なフォトレジストの使用が必須。
Electrospinning doesn't support customization and photolithography is time consuming and only allows for the use ofnon-biodegradable, toxic and costly photoresists.

技術的限界に加え、生体材料が利用可能でないため、個別化医療やインプラントの開発が妨げられている。
Technology limitation and unavailability of bio-materials hinders the development personalized medicine/implants.

既存の製造技術や材料は、臨床/病院において、脊髄や心臓組織のような重大な組織の損傷の治療に広く使用されてはいない。
Existing fabrication technologies and materials are not broadly used in clinics/hospitals for the treatment of critical tissue
injuries such as spinal cord and heart tissue injury.

1新技術の特徴・従来技術との比較
Key aspects of OIST technology and comparison with the existing technology
OISTの新しい生体材料は、生体適合性、生分解性、費用対効果に優れるなど、既存の生体材料の制約に対処。
We plan to address the limitations of existing biomaterials by using a novel biomaterial, which is biocompatible,biodegradable and cost-effective.

OISTの改良型エレクトロスピニング技術は、CADを使い足場のサイズ、形状、形態をコントロールし、既存のフォトリソグラフィー法の制約に対処。
The limitations of photolithography can be addressed by developing a modified electrospinning technology, which allows forcomputer aided designs to control size, shape and morphology the produced scaffolds.

エレクトロスピニングと3Dプリントを組み合わせたOISTの新しいハイブリッド製造システムでは患者ごとにカスタマイズした足場を製造でき、損傷後の組織再生への大きな手助けに。
The new hybrid fabrication system of electrospinning and 3D-printing will enable the development of patient specificscaffolds to promote regeneration after injury.
外傷

組織の損傷

神経組織エンジニアリング
Neural tissueengineering

損傷した神経組織／脊髄

神経前駆細胞／神経幹細胞と、薬剤や成長因子を加えた生分解性のある3次元足場インプラント

3次元足場インプラントを用いて、神経細胞／脊髄損傷を治療
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生体高分子メラニンとポリヒドロキシ酪酸（PHB）の3次元足場に、ホルモンのセロトニンを担持させる

生体適合性、生分解性を有する生体用3次元足場材
Biological 3D scaffold, which is biocompatible and biodegradable

感覚神経

エレクトロスピニング法で製造（低コスト、高速）

Sensory neurons

3D scaffold made from the natural polymer melanin and poly-hydroxyl butyrate (PHB) loadedwith the hormone serotonin

研究用途、さらに折り畳むことで神経再生用インプラントとして使用可
To be used for research and folded to fabricate implants for nerve
regrowth

運動神経

Motor neurons

Fabricated through electrospinning (cost effective and fast)3

カスタム3次元足場製造のためのグリッドベース・ハイブリッドエレクトロスピニング
Grid-based hybrid electrospinning setup for development of personalized 3D-scaffolds
エレクトロスピニング装置を改良し、導電性グリッド上に生体材料を噴霧することで、3Dナノファイバー足場を高速かつ安価に製造
We designed a modified electrospinning device based on spraying the biomaterial over a conductive grid, whichenables the faster and cheaper fabrication of 3D nanofiber scaffolds
ノズルからナノファイ
バーを噴射・シリンジポンプ・高電圧電源・排気口

高圧電場

コンピュータに接続
し、CADで足場を設計

独自のグリッド構造
ピエゾステージ上にグリッドを設置し、精密に位置を制御

グリッドパターン：・円形・長方形・十字

シリンダー4新技術の特徴・従来技術との比較
Key aspects of your technology and comparison with the existing technology

3次元スキャフォールドの高度なカスタマイズ
High degree of customization of 3D scaffolds.

生体高分子の使用
Use of natural polymers.

コスト削減（～60～70％）
Reduced cost (~60-70%).

足場の製造時間の短縮（～40～60％）
Reduced scaffold’s fabrication time (~40-60%).

オペレーターの作業を軽減（～40～50％）
Reduced effort of the operator (~40-50%).

神経細胞の成長が確認されたin vitroのエビデンスから、治癒時間の短縮（～25%高速）が期待できる
Expected improvement in healing time (by ~1/4) based on in vitro evidence of neuronal growth.
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想定される用途
Expected application

この技術はCADを使用しカスタマイズ性に優れているため、バイオメディカル産業における再生医療用の個別化した足場の製造に最適
This technology is best applied to the manufacturing of personalized scaffolds for regenerative medicine
in the biomedical industry, as it can be customized through computer-aided designs.

コラーゲン、ラミニン、メラニンなどの生体高分子を用いた生分解性を有する足場を、より速く、より安価に製造
Our hybrid fabrication system can be used for the faster and cheaper development of biodegradable
scaffolds with natural polymers, including biopolymers such as collagen, laminin and melanin.

6実用化に向けた課題
Challenges for commercialization

本技術の生体材料を培養神経細胞でテスト済み。脊髄損傷モデルマウスを用いたin vivo試験も間もなく開始予定。
We have tested our biomaterial with nerve cells in culture. In vivo testing in mouse model of spinal cord injury
will start soon.

ハイブリッド製造装置のプロトタイプを開発中。
We are developing a fully functional prototype of our hybrid fabrication technology.

ハイブリッド製造技術の精度の検証を行う予定。効果的なインプラントの製造には、足場の幾何形状パラメタの制御が不可欠。
The accuracy of our hybrid fabrication technology will be tested. Control over the geometric parameters of ourscaffold is essential for the fabrication of effective implants.

心臓組織など他の軟部組織の損傷に対するインプラントの試験を実施予定。筋肉細胞の培養試験とマウスを用いたin vivo試験の両方を実施予定。
We will test our implants for injuries of other soft tissues such as heart tissue. We will test both in culture withmuscle cells and in vivo in mice.
7企業への期待
Potential ways for technology transfer

足場の製造技術を開発している企業や、3次元バイオプリンティングや再生医療分野に参入を考えている企業への技術移転
Companies that are developing scaffold fabrication technologies or that want to enter the 3Dbioprinting and regenerative medicine market will benefit from our technology.

新しい生体材料の再生能力と臨床への適用性の検証試験に協力してくださる
バイオメディカル企業を募集中
Looking for a biomedical company to help conduct trials to verify the regenerative potential
and applicability of our novel biomaterial to the clinics.

ハイブリッドエレクトロスプレー装置の試作機のデザインを完成させ、事業レベルまで製造をスケールアップすることに協力してくださる3次元バイオプリンティング技術のパートナーを募集中
A 3D-bioprinting technology company could help finalize the design of the hybrid electrospraymachine prototype and scale it to industrial production
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特許
Patent発明の名称：神経組織工学のための再生法としてのセロトニン機能化およびメラニン添加
ポリヒドロキシルブチレートナノ繊維足場と3次元足場開発のための新しいハイブリッド製造システムのデザイン
原題 「Serotonin functionalized and melanin doped, Poly-hydroxyl
butyrate Nano fibrous scaffold as a regenerative modality for neuraltissue engineering and design of new hybrid fabrication system forthe development of 3D scaffold」

出願番号：特願 2022-5711

出願人：沖縄科学技術大学院大学（単独）発明者：マルコ・テレンツィオ Marco Terenzio（准教授）
ロケシュ・アグラワル Lokesh Agrawal（ポスドク研究員）
ローラン・ギヨー Laurent Guillaud （グループリーダー）(OIST/ID/0215)

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お問い合わせ先
Contact
沖縄科学技術大学院大学（OIST）
技術移転セクション

TEL： 098-966-8937
E-mail : tls@oist.jp .

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