気管に浸潤して気道閉塞を起こす原発性気管腫瘍や気管周囲腫瘍（肺がん.食道がん等）は.臨床的に気管に代わる良いものがなかったことなどから.以前は胸部外科の最後の手段とされていました。 現代の技術では.大きな血管や骨や関節.さらには心臓の弁の代替品を作ることに成功しており.小さな気管はただの換気チューブで使いやすいはずだと.驚かれたかもしれません。 実は.気管手術の実験と臨床研究は19世紀には始まっていたのですが.今日に至るまで.広く受け入れられている信頼できる気管の代替品はなく.ゆっくりとした再上皮化と再脈管化は.取り組むべき技術課題となっています。 気管内腔は外界とつながっており.細菌環境であるため.生体適合性に優れた気管代替物は.正常な気管組織の再生を促す一方で.細菌増殖の温床となる。 細菌の増殖は.気管の内腔を塞ぐ肉芽組織の増殖を促し.さらに肺組織に侵入して肺炎を再発させ.致命的な肺炎を引き起こす可能性があります。 上皮組織が健全であれば.細菌の侵入を防ぎ.肉芽組織の過成長を抑制し.痰の排出を助けることで気道閉塞を防ぎ.肺炎の発生を抑制することができます。 これまでの研究で.気管代替物の迅速な再上皮化には.迅速な血管再生が必須条件であること.正常な気管組織は.上皮の完全性を維持するために代謝的に活性な上皮細胞の更新を保証する粘膜下層の豊富な毛細血管網に依存していることが示されています。 解剖学的に気管の血液供給は独特で.太い栄養動脈や静脈はなく.上・下甲状腺動脈や大動脈からの小さな枝に頼って.気管輪状節接合部の外側に組織セグメントの鎖を形成し.それが小節の形で気管に入り.細かい毛細管網を形成しています。 気管置換手術の際.この側方組織鎖は容易に破壊され.気管置換部への血液供給は.2つの吻合部接合部に沿って正常気管組織から毛細血管網が成長することによって再確立されるが.この成長は非常に遅く.長さも限られている（通常1cm以下）ことが分かっている。 動物実験では.気管の小断面を切除してすぐに再吻合しても.長さが2cmを超えると.理論上最良の気管置換術でも.その中間部が虚血壊死してしまう。 このような理由から.臨床の気管手術は.患部の気管の部分切除と端から端までの気管吻合に基づくことが続けられています。 切除範囲は成人で6cm.小児では気管全長の1/3を超えないようにする。 気管手術の創始者であるベルゼーは.「気管代替物の解決は.手術の先駆的な時代の終わりを意味する」と述べ.一見両立しない生物学的パラドックスを見事に超越し.食道や尿道の同様の露出代替物の開発を大いに促進させました。 組織工学の概念は.気管に代わる代替物の開発に新たなアイデアをもたらしています。 基本的なアプローチは.生分解性の足場材料にレシピエントの自己細胞を植え付け.それを体外で3次元的に培養し.活動的な組織臓器の代替物を構築することである。 材料科学.分子生物学.細胞学.工学を組み合わせた学際的なハイテク技術として.組織工学研究は近年勢いを増しており.ほとんどすべての外科領域における医療発展の方向性を示している。 2008年.スペイン・バルセロナでマッキアリーニ博士が報告した「組織工学的気管」の臨床応用は.大きな反響を呼びました。 同チームは.同種気管脱細胞化マトリックスを足場材料として用い.患者自身の繊毛柱状上皮細胞と軟骨細胞を接種し.in vitroのバイオリアクターで培養し.患者の左総気管支の4cm長さを置換する移植に成功しました。 この実験により.組織工学的気管の実現可能性が検証され.気管脱細胞化マトリックスが生体適合性と強度・柔軟性の点で最良の組織工学的気管スカフォールド材料であることが実証されました。 しかし.このグループは気管再生におけるin vitro接種細胞の役割について証拠を示すことができなかったため.この方法が真の組織工学的気管置換術なのか.単に脱細胞化した気管グラフトなのかは議論の余地があり.もし後者であれば.その大規模臨床応用には他の代替手段と同様の問題が生じることが予見された。 実際.血行再建の遅さも.組織工学的臓器の大規模な臨床応用を妨げる技術的な難点である。 従来の組織工学技術は.細胞足場材料のin vitroでの3次元培養と.移植後の正常な組織適合性を有する組織工学的代替物のin vivo再生という2つの別々のステップに分けられる。 現在の技術では.組織工学臓器内に正常組織の毛細血管網構造を構築することができないため.in vitroの培養工程では.代替物全体を培養液に浸し.植え付けた種細胞は培養液中の栄養分の浸透を栄養源とする。 生体内に移植された場合.レシピエントの循環系に直接縫合できる血管系がないため.組織工学に基づく代用品は.最終的な栄養補給を周囲の正常組織から得られるゆっくりとした再疎通プロセスに依存する。このため.代用品の3次元構造内の種細胞が虚血の期間に直面して大量壊死し.局所再生微環境を汚染することに直接つながる。 再疎通が遅いため.組織工学的に作られた活性組織代替物の概念を臨床で実現することは難しく.科学界は根本的な原理と方法に疑問を持つようになった。 一部の研究グループは.足場材料の自己誘発効果に頼ることで.その場で幹細胞の増殖と分化を促進し.組織再建を達成しようとするin situ組織工学の概念を提案しているが.これは最後の手段としての妥協とみなされている。 組織再生には.比較的閉鎖的な微小環境と十分な量の活性種細胞が必要であり.種細胞に頼らないin situ再生には限界がある。 基本的な設計原理は.移植された組織工学的代替物の内部に.携帯用ポンプシステムを用いて連続的な栄養の注入を作り出すことで.従来の組織工学技術の絶対的に分離したin vitroの細胞-足場材料培養とin vivoの代替物の和解プロセスを結合することである。 これは.絶対的に分離されたin vitroの細胞足場材料培養と.従来の組織工学技術のin vivoの置換プロセスを有機的に結合させたものです。 この設計の3つの主な利点は.予備実験で実証されています。 まず.従来のバイオリアクターの設計では.細胞-足場材複合体は栄養液に浸漬され.中央部の種細胞は栄養の浸潤によって支持される。 一方.「in vivoバイオリアクター」の設計コンセプトでは.栄養溶液が代用品内の血流を模倣し.移動によって生じる層流圧力と浸透圧によって.支持できる組織の厚みが従来のバイオリアクターでの静置培養における100ミクロンから300ミクロンに増加する。 次に.連続的な細胞接種が可能な用途では.灌流液に種細胞を添加することができる。 急性期の手術では.まず足場材を移植し.その間に種細胞の分離とin vitroでの膨張のために適切な組織を採取し.「in vivoバイオリアクター」を介して組織工学的代替物に定期的に植え付けることができるので.患者を長く待たせずに.1段階で一時的に機能を代替し.徐々に向上させることが可能です。 第三の利点は.灌流液に様々な成長因子を添加できること.灌流液中の成長因子の濃度を調節することで局所的なサイトカイン発現を制御できること.複数のサイトカインを正確に比例して組み合わせることができることである。 この設計では.患者自身を組織工学的な組織や臓器の再生プロセスのためのバイオリアクターとして扱い.最大限に利用することで.局所的な再生微環境を向上させます。 中国における組織工学技術の臨床応用を規制するため.2009年6月.衛生部は「臨床応用を許可するクラスIII医療技術の第一カタログの発行に関する衛生部総局の通知」（衛生部医務局［2009］84号）を発表し.組織工学組織移植療法を規制対象のクラスIII医療技術として掲載しました。 その規制内容 具体的な要件は.大きく「種細胞」と「ステント材料」に分けられ.種細胞については.臨床グレードの細胞治療ラボを設立する必要があります。 ステント材料については.当社の同種および異種（ブタ）気管脱細胞化マトリックス製品がすでに形となり.国家薬監局による前臨床試験を終えています。