CTIBiotech社、プロブディフ医科大学とのチームによる取り組み
Yordan Sbirkov主任助教（PhD）とVictoria Sarafian教授（MD、PhD、DSc）は、Sarafian博士が医学生物学部の学部長を務めるブルガリアのプロブディフ医科大学に勤務しています。二人は、フランスのリヨンにあるCTIBiotechの創設者兼最高科学責任者のColin McGuckin教授（PhD）と長年にわたって共同研究を行っており、2021年に出版した “A Colorectal Cancer 3D Bioprinting Workflow as a Platform for Disease Modeling and Chemotherapeutic Screening” にも関わっています。先日行われたビデオ会議で、独自のプロトコルの開発、CELLINKとのコラボレーション、細菌で満たされたヒトの腸から採取した腫瘍サンプルを扱う際の特異なチャレンジについて議論しました。
大腸がんに関する研究について教えてください
Yordan Sbirkov
この論文では、大腸がんの3Dバイオプリントモデルが、標準的な単層または2Dの細胞培養法と比較して、患者の腫瘍をよりよく再現しているかどうかを検証しました。比較の結果、遺伝子発現、形態、成長パターン、さらには薬物反応に違いが見られました。全体として、私たちの3Dモデルは、2次元細胞培養のコントロール群よりも薬剤耐性が高かったのです。
Colin McGuckin
研究では、ある化学療法薬を2次元のがん細胞でスクリーニングしたところ、非常によく効くことがあります。しかし、同じ薬を患者に使用してもまったく効果がない。これが、多くの薬剤が臨床試験で失敗する理由の一つです。前臨床試験の薬物スクリーニングのために腫瘍モデルを3Dバイオプリンティングすることで、生体内の微小環境をより適切に再現した3Dモデルで、化学療法ががん細胞に浸透しているかどうかをより正確に把握することができます。そして、化学療法を腫瘍の死滅すべき部分に浸透させるための新しい戦略を試すことができます。
Victoria Sarafian
大腸癌の研究は、プロブディフ医科大学の私たちの学科にとって新しいテーマではありませんでした。しかし、3Dバイオプリンティングを使用して、個別化治療のための薬物検査プラットフォームを開発することは、新しく、エキサイティングなことでした。3年前にこのプロジェクトを開始したとき、バイオ3Dプリンタで作製した大腸がんモデルに関する論文はわずか4件しかなく、私たちは非常に驚きました。プロトコルの開発に着手したところ、微生物によるコンタミネーションなど、さまざまな課題がありました。それが、論文数が少なかった理由かもしれません。
Sbirkov博士の研究室で、BIO Xバイオプリンタを用いてプロトコルを開発したSbirkov博士は、「BIO Xの柔軟性、スピード、再現性は、大腸がん3Dモデルのプリントを成功させるために重要でした」と語ります。
バイオプリンティングのプロトコルは独自に開発されたのですか？
Yordan Sbirkov
そうですね。特に興味深かったのは、適切なバイオインクを見つけることでした。 CELLINKのRGDバイオインク を使用したのは、短いペプチドで機能化されているため、細胞がより快適な状態で、互いにコミュニケーションを取り、合図を送ることができ、また、比較的透明であったからです。バイオインクで細胞を培養する場合、その経過を観察する必要があります。私たちは、異なる時点のバイオプリントを採取し、標準的な蛍光顕微鏡で観察します。細胞が見えなくなったら、実験を中止しなければなりません。
Colin McGuckin
また、がん細胞にとって複雑すぎるバイオインクも必要ありません。接着分子やサイトカイン、薬剤を加えることもありますが、バイオインクを化学的に変化させたり、がん細胞に対して反応を起こしたりするようなものは必要ありません。CELLINKのような定評あるバイオインクサプライヤーを選べば、同じバイオインクを再度購入して結果を再現できますし、バッチ間の一貫性も確保できます。
Victoria Sarafian
また、CELLINKのBIO X™を使って、大腸がんモデルの3Dバイオプリントを行いました。そして、バイオプリントされた腫瘍を評価するために、いくつかの技術を使用しました。組織染色は、これが本当に私たちが探していたがん細胞なのかどうかを判断するために用いました。また、プロトコルがうまく機能しているか、次のステップに必要な量の細胞があるかどうかを確認するために、さまざまな時点で細胞の生存率を評価しました。長く、厄介なプロセスでしたが、Yordanと共に開発したプロトコルで得られた結果には、非常に満足しています。
大腸がん研究ならではの苦労はありましたか？
Yordan Sbirkov
原発性大腸がん細胞を培養する際の最大のボトルネックは、細菌感染でした。患者さんの腸内には何百万という細菌がいますが、その中には何年もかけて抗生物質に対する耐性を獲得したものもあります。研究室では、どんな抗生物質を使っても、これらの細菌は増殖し、数日で細胞は死んでしまうのです。
Colin McGuckin
しかし、成功率は上がってきています。リヨンでは、細胞を膨張させ、できるだけ早く滅菌する方法を探しています。また、現在進行中のプロジェクトは、動物由来成分を含まない増殖培地の開発です。動物由来成分の使用量を減らし、培地をより明確にすればするほど、より多くの細胞を培養でき、より長い期間培養できることが分かっています。今回初めて、プリントしたがん細胞を体外で8ヵ月以上培養することに成功しましたが、今もなお成長し、再生産を続けています。この細胞を観察することで、がんが転移するときに何が起こっているのか、より深く理解することができます。
生きた大腸がん細胞を緑色に染色したところ、『BIO X』でバイオプリンティングした28日後の生存率が85.73%であることが明らかに
CELLINKの、どのサービスが優れていましたか？
Victoria Sarafian
BIO Xの導入と初期トレーニングを担当してくれたCELLINKのチームは、フレンドリーでユーザー目線に立った対応をしてくれたので、非常に満足しています。
Yordan Sbirkov
BIO Xを導入する前に、私たちは3種類のバイオプリンタを検討していました。その中には、インターフェースが複雑で使いにくいものや、BIO Xほどしっかりした作りのものがありませんでした。その結果、BIO Xは、使いやすさ、バイオインクでさまざまなことができる柔軟性、そして価格の面で最も優れていることがわかりました。
Colin McGuckin
私は、25年以上にわたって3D組織を作り続けています。新しい技術をいち早く取り入れた者として、BIO Xでできることには非常に満足しています。市場にある他の多くの選択肢は、本当のバイオプリンタではありませんでした。プラスチックを押し出すための3Dプリンタに、生きた細胞をどう入れるのか、開発者はあまり考えていなかったのです。CELLINKのBIO Xのアプローチは、細胞に焦点を当て、それをどのようにモデルに組み込むかを考えています。また、ソフトウェアチームが何度も有用なアップデートを提供してくれたこともありがたかったです。正直なところ、BIO Xでうまくいかないことはあまりないのですが、トラブルシューティングやバイオインクの取り扱いについて、CELLINKの担当者はいつでも快く協力してくれます。私たちの経験は非常に良いもので、現在、私たちの研究室のバイオプリンティング室には、複数のBIO Xバイオプリンタがあります。
