हड्डी के ऊतकों की सेलुलर इंजीनियरिंग। भ्रष्टाचार पीढ़ी। फैब्रिक इंजीनियर कौन है

ऊतक इंजीनियरिंग) प्रत्यारोपण योग्य ऊतकों और अंगों के निर्माण के लिए एक दृष्टिकोण है जो ऊतकों के कामकाज को बहाल करने या सुधारने के लिए जैविक विकल्प बनाते समय सामान्य और पैथोलॉजिकल रूप से परिवर्तित ऊतकों में मौलिक संरचनात्मक और कार्यात्मक बातचीत का उपयोग करता है। ऊतक इंजीनियरिंग एक बायोमेडिकल है सेल उत्पादजिसमें कोशिकाएँ (कोशिका रेखाएँ), जैव-संगत सामग्री और excipients, और इसका मतलब कोई भी बायोमेडिकल सेल उत्पाद है जिसमें सेल लाइन (एस) और बायोकंपैटिबल सामग्री शामिल है। इस संदर्भ में "बायोकंपैटिबल सामग्री" शब्द का अर्थ प्राकृतिक (उदाहरण के लिए, डीसेल्यूलराइज्ड ग्राफ्ट्स) या सिंथेटिक मूल की कोई भी बायोकंपैटिबल सामग्री है। उदाहरण के लिए, इन सामग्रियों में बायोकंपैटिबल पॉलिमर (पॉलीलैक्टेट और पॉलीग्लुकोनेट), बायोकंपैटिबल धातु और मिश्र धातु (टाइटेनियम, प्लैटिनम, सोना), बायोकंपैटिबल प्राकृतिक पॉलिमर (कोलेजन) शामिल हैं।

ऊतकों के कामकाज को बहाल करने या सुधारने के लिए जैविक विकल्प बनाने के लिए ऊतक-इंजीनियर निर्माणों का उपयोग किया जाता है। कोशिकाओं, संरचना के एक घटक के रूप में, विभिन्न स्रोतों से प्राप्त किया जा सकता है और पर स्थित हो सकता है विभिन्न चरणोंखराब विभेदित कोशिकाओं से अत्यधिक विभेदित विशिष्ट कोशिकाओं में विभेदन। तैयार मैट्रिक्स को कोशिकाओं से भरना आधुनिक बायोमेडिसिन की एक जरूरी समस्या है। इस मामले में, मैट्रिक्स सतह के गुण कोशिकाओं के उपनिवेशण को प्रभावित करते हैं, जिसमें कोशिकाओं का लगाव और मैट्रिक्स के साथ उनका प्रसार शामिल है।

ऊतक-इंजीनियर निर्माणों के उत्पादन के लिए वर्तमान में ज्ञात विधियों में एक मोनोलेयर के गठन के साथ निलंबन संस्कृति की क्रमिक वर्षा के माध्यम से एक सेल निलंबन की तैयारी और इस निलंबन के भौतिक अनुप्रयोग का उपयोग बायोकंपैटिबल सामग्री पर किया जाता है और सामग्री को समाधान में रखा जाता है। लंबे समय तक कोशिकाओं के लिए सामग्री की पूरी मात्रा में प्रवेश करने के साथ-साथ 3 डी बायोप्रिंटिंग का उपयोग करने के लिए पर्याप्त है। की पेशकश की विभिन्न तरीकेमूत्रमार्ग, मूत्राशय, पित्त नली, श्वासनली जैसे खोखले आंतरिक अंगों के ऊतक-इंजीनियर समकक्षों का निर्माण।

नैदानिक ​​शोध[ | ]

जैव-संगत सामग्रियों पर आधारित ऊतक-इंजीनियर निर्माणों का अध्ययन किया गया था नैदानिक ​​अनुसंधानमूत्र संबंधी और त्वचा संबंधी रोगों के रोगियों पर।

यह सभी देखें [ | ]

नोट्स (संपादित करें) [ | ]

1. , फॉक्स सी. एफ. ऊतक इंजीनियरिंग: ग्रैनलिबकेन, लेक ताहो, कैलिफोर्निया, फरवरी 26-29, 1988 में आयोजित एक कार्यशाला की कार्यवाही। - एलन आर। लिस, 1988। - टी। 107।
2. अटाला ए., कैस्पर एफ.के., मिकोस ए.जी.इंजीनियरिंग जटिल ऊतक // साइंस ट्रांसलेशनल मेडिसिन। - 2012. - टी। 4, नंबर 160। - एस 160rv12। - आईएसएसएन 1946-6234। - डीओआई: 10.1126 / scitranslmed.3004890।
3. Vasyutin I.A., Lyundup A.V., Vinarov A.Z., Butnaru D.V., Kuznetsov S.L.ऊतक इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकियों का उपयोग कर मूत्रमार्ग का पुनर्निर्माण। (रस।) // बुलेटिन रूसी अकादमी चिकित्सीय विज्ञान... - 2017 - टी। 72, नंबर 1। - एस 17-25। - आईएसएसएन 2414-3545। - डीओआई: 10.15690 / vramn771।
4. बारानोवस्की डी.एस., लुंडुप ए.वी., पारशिन वी.डी.श्वासनली (रूसी) के ऊतक इंजीनियरिंग के लिए इन विट्रो में एक कार्यात्मक पूर्ण विकसित सिलिअटेड एपिथेलियम प्राप्त करना // रूसी चिकित्सा विज्ञान अकादमी के बुलेटिन। - 2015. - टी। 70, नंबर 5। - एस. 561-567। - आईएसएसएन 2414-3545। - डीओआई: 10.15690 / vramn.v70.i5.1442।
5. लॉरेंस बी.जे., मदिहली एस.वी.डिग्रेडेबल 3डी झरझरा मैट्रिसेस में सेल उपनिवेशण // सेल आसंजन और प्रवास। - 2008. - टी। 2, नंबर 1। - एस 9-16।
6. मिरोनोव वी। एट अल। ऑर्गन प्रिंटिंग: कंप्यूटर एडेड जेट-आधारित 3डी टिशू इंजीनियरिंग // बायोटेक्नोलॉजी में रुझान। - 2003. - टी। 21. - नहीं। 4. - एस। 157-161। दोई:

) — वांछित क्षेत्र में पुनर्जनन के लिए सहायक संरचनाओं, आणविक और यांत्रिक संकेतों को वितरित करके क्षतिग्रस्त अंग के चिकित्सीय पुनर्निर्माण के लिए नए ऊतकों और अंगों का निर्माण।

विवरण

अक्रिय सामग्रियों से बने पारंपरिक प्रत्यारोपण केवल क्षतिग्रस्त ऊतकों की भौतिक और यांत्रिक कमियों को समाप्त कर सकते हैं। ऊतक इंजीनियरिंग का लक्ष्य जैविक (चयापचय) कार्यों को बहाल करना है, अर्थात ऊतक को पुन: उत्पन्न करना है, न कि इसे केवल सिंथेटिक सामग्री के साथ बदलना है।

ऊतक-इंजीनियर्ड इम्प्लांट (ग्राफ्ट) के निर्माण में कई चरण शामिल हैं:

1. स्वयं या दाता कोशिका सामग्री का चयन और खेती;
2. जैव-संगत सामग्रियों के आधार पर कोशिकाओं (मैट्रिक्स) के लिए एक विशेष वाहक का विकास;
3. एक बायोरिएक्टर में मैट्रिक्स और सेल प्रसार के लिए सेल संस्कृति का अनुप्रयोग विशेष स्थितिखेती करना;
4. प्रभावित अंग के क्षेत्र में ग्राफ्ट का सीधा सम्मिलन या ग्राफ्ट (प्रीफैब्रिकेशन) के अंदर माइक्रोकिरकुलेशन के परिपक्वता और गठन के लिए अच्छी तरह से रक्त के साथ आपूर्ति किए गए क्षेत्र में प्रारंभिक प्लेसमेंट।

सेलुलर सामग्री पुनर्जीवित ऊतक या स्टेम सेल की कोशिकाएं हो सकती हैं। जैविक रूप से निष्क्रिय सिंथेटिक सामग्री, प्राकृतिक पॉलिमर (चिटोसन, एल्गिनेट, कोलेजन) पर आधारित सामग्री, साथ ही बायोकंपोजिट सामग्री का उपयोग ग्राफ्ट मैट्रिक्स बनाने के लिए किया जाता है। उदाहरण के लिए, समकक्ष हड्डी का ऊतकअस्थि मज्जा स्टेम कोशिकाओं के निर्देशित भेदभाव द्वारा प्राप्त, रस्सी रक्तया वसा ऊतक। फिर परिणामी ऑस्टियोब्लास्ट (इसके विकास के लिए जिम्मेदार युवा अस्थि कोशिकाएं) विभिन्न सामग्रियों पर लागू होते हैं जो उनके विभाजन का समर्थन करते हैं - दाता हड्डी, कोलेजन मैट्रिस, छिद्रपूर्ण हाइड्रोक्साइपेटाइट, आदि। दाता या स्वयं की त्वचा कोशिकाओं वाले जीवित त्वचा समकक्ष अब संयुक्त राज्य अमेरिका में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं। , रूस, इटली। ये डिज़ाइन व्यापक रूप से जलने के बेहतर उपचार की अनुमति देते हैं। ग्राफ्ट का विकास कार्डियोलॉजी (कृत्रिम हृदय वाल्व, बड़े जहाजों और केशिका नेटवर्क के पुनर्निर्माण) में भी किया जाता है; श्वसन प्रणाली (स्वरयंत्र, श्वासनली और ब्रांकाई) को बहाल करने के लिए, छोटी आंत, यकृत, मूत्र प्रणाली के अंग, ग्रंथियां आंतरिक स्रावऔर न्यूरॉन्स। ऊतक इंजीनियरिंग में धातुओं का उपयोग उन पर कार्य करके कोशिका वृद्धि को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है चुंबकीय क्षेत्रविभिन्न दिशाएँ। उदाहरण के लिए, इस तरह, न केवल यकृत संरचनाओं के एनालॉग्स बनाना संभव था, बल्कि रेटिना के तत्वों के रूप में ऐसी जटिल संरचनाएं भी बनाना संभव था। इसके अलावा, इलेक्ट्रॉन बीम लिथोग्राफी (ईबीएल) विधि का उपयोग करके बनाई गई सामग्री नैनोस्केल मैट्रिक्स सतह प्रदान करती है प्रभावी गठनअस्थि प्रत्यारोपण। कृत्रिम ऊतकों और अंगों के निर्माण से अधिकांश दाता अंगों के प्रत्यारोपण को छोड़ना संभव हो जाएगा, और रोगियों के जीवन और अस्तित्व की गुणवत्ता में सुधार होगा।

लेखकों

• नारोडित्स्की बोरिस सेवेलिविच
• नेस्टरेंको ल्यूडमिला निकोलायेवना

के स्रोत

1. ऊतक इंजीनियरिंग में नैनोटेक्नोलॉजी // नैनोमीटर। -www.nanometer.ru/2007/10/16/tkaneva_inzheneria_4860.html
2. स्टेम कोशिका// विकिपीडिया, मुफ़्त विश्वकोश।

प्रतियोगिता के लिए लेख "जैव / मोल / पाठ": पीटर I ने "यूरोप के लिए एक खिड़की खोलने" का सपना देखा, और हमारे समय के वैज्ञानिक - एक खिड़की में आधुनिक दवाई... "दवा + जैव प्रौद्योगिकी" का संयोजन ऊतक इंजीनियरिंग में परिलक्षित होता है - एक ऐसी तकनीक जो बिना प्रत्यारोपण के खोए हुए अंगों को बहाल करने की संभावना को खोलती है। ऊतक इंजीनियरिंग के तरीके और परिणाम हड़ताली हैं: यह जीवित (और कृत्रिम नहीं!) अंगों और ऊतकों का उत्पादन है; ऊतक पुनर्जनन; रक्त वाहिकाओं की 3डी प्रिंटिंग; सर्जिकल टांके का उपयोग शरीर में "पिघलना" और भी बहुत कुछ।

हाल के दशकों में, बढ़ती उम्र की आबादी की खतरनाक प्रवृत्ति, बीमारियों की संख्या में वृद्धि और कामकाजी उम्र के लोगों की विकलांगता स्पष्ट रूप से प्रकट हुई है, जिसके लिए तत्काल विकास और कार्यान्वयन की आवश्यकता है। क्लिनिकल अभ्यासनया, अधिक कुशल और उपलब्ध तरीके पुनर्वास उपचारबीमार। चित्र 1 दिखाता है कि वर्तमान में रोगों की संरचना कैसे बदल रही है।

आज विज्ञान और प्रौद्योगिकी क्षतिग्रस्त या रोगग्रस्त ऊतकों और अंगों को बहाल करने या बदलने के लिए कई वैकल्पिक तरीके प्रदान करते हैं:

• प्रत्यारोपण;
• आरोपण;
• ऊतक अभियांत्रिकी।

इस लेख के ढांचे के भीतर, हम ऊतक इंजीनियरिंग की संभावनाओं और संभावनाओं पर अधिक विस्तार से ध्यान देंगे।

ऊतक इंजीनियरिंग एक आधुनिक नवीन तकनीक है

मूलरूप में नया दृष्टिकोण - सेल और ऊतक इंजीनियरिंग- आणविक और कोशिकीय जीव विज्ञान के क्षेत्र में नवीनतम प्रगति है। इस दृष्टिकोण ने प्रभावी जैव चिकित्सा प्रौद्योगिकियों के निर्माण के लिए व्यापक संभावनाएं खोलीं, जिनकी सहायता से यह बन गया संभव बहालीक्षतिग्रस्त ऊतकों और अंगों और मनुष्यों में कई गंभीर चयापचय रोगों का उपचार।

ऊतक इंजीनियरिंग का उद्देश्य- क्षतिग्रस्त अंग या ऊतक के पुनर्जनन को बदलने या उत्तेजित करने के लिए एक रोगी को बाद में प्रत्यारोपण के लिए जीवित, कार्यात्मक ऊतकों या अंगों के मानव शरीर के बाहर डिजाइन और विकसित करना। दूसरे शब्दों में, दोष की साइट पर बहाल किया जाना चाहिए तीन आयामीकपड़े की संरचना।

यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि अक्रिय सामग्रियों से बने पारंपरिक प्रत्यारोपण केवल समाप्त कर सकते हैं शारीरिकतथा यांत्रिकक्षतिग्रस्त ऊतकों के नुकसान, - इंजीनियरिंग की विधि द्वारा प्राप्त ऊतकों के विपरीत, जो बहाल करते हैं, जिसमें शामिल हैं जैविक(चयापचय) कार्य। यही है, ऊतक पुनर्जनन होता है, और सिंथेटिक सामग्री के साथ इसका सरल प्रतिस्थापन नहीं होता है।

हालांकि, ऊतक इंजीनियरिंग के आधार पर पुनर्निर्माण चिकित्सा के तरीकों के विकास और सुधार के लिए, नई अत्यधिक कार्यात्मक सामग्री में महारत हासिल करना आवश्यक है। बायोइम्प्लांट बनाने के लिए उपयोग की जाने वाली इन सामग्रियों को ऊतक-इंजीनियर निर्माणों को जीवित ऊतकों में निहित विशेषताओं को प्रदान करना चाहिए:

• स्वयं को ठीक करने की क्षमता;
• रक्त की आपूर्ति को बनाए रखने की क्षमता;
• कारकों के जवाब में संरचना और गुणों को बदलने की क्षमता वातावरणयांत्रिक तनाव सहित।

सेल और मैट्रिसेस - ऊतक इंजीनियरिंग की मूल बातें

अधिकांश महत्वपूर्ण तत्वसफलता आवश्यक संख्या में कार्यात्मक रूप से सक्रिय कोशिकाओं की उपस्थिति है जो अंतर करने में सक्षम हैं, संबंधित फेनोटाइप को बनाए रखते हैं और विशिष्ट प्रदर्शन करते हैं जैविक कार्य... कोशिकाओं का स्रोत शरीर के ऊतक हो सकते हैं और आंतरिक अंग... पुनर्निर्माण चिकित्सा की आवश्यकता वाले रोगी से, या से उपयुक्त कोशिकाओं का उपयोग करना संभव है करीबी रिश्तेदार(ऑटोजेनस कोशिकाएं)। कोशिकाओं का उपयोग किया जा सकता है विभिन्न मूल के, प्राथमिक (छवि 2) और स्टेम सेल (छवि 3) सहित।

चित्रा 2. प्राथमिक मानव कोशिका।

युज़्नौरल्स्की के क्योकुशिंकाई फेडरेशन की लाइब्रेरी

प्राथमिक कोशिकाएंएक निश्चित ऊतक की परिपक्व कोशिकाएं होती हैं जिन्हें सीधे दाता जीव से लिया जा सकता है ( पूर्व विवो) शल्य चिकित्सा... यदि प्राथमिक कोशिकाओं को एक निश्चित दाता जीव से लिया जाता है, और बाद में इन कोशिकाओं को प्राप्तकर्ता के रूप में प्रत्यारोपित करना आवश्यक होता है, तो प्रत्यारोपित ऊतक की अस्वीकृति की संभावना को बाहर रखा जाता है, क्योंकि प्राथमिक की अधिकतम संभव प्रतिरक्षाविज्ञानी संगतता है कोशिकाओं और प्राप्तकर्ता। हालांकि, प्राथमिक कोशिकाएं, एक नियम के रूप में, विभाजित करने में सक्षम नहीं हैं - प्रजनन और विकास की उनकी क्षमता कम है। ऐसी कोशिकाओं की खेती करते समय कृत्रिम परिवेशीय(ऊतक इंजीनियरिंग के माध्यम से) कुछ प्रकार की कोशिकाओं के लिए विभेदन संभव है, अर्थात विशिष्ट, व्यक्तिगत गुणों का नुकसान। उदाहरण के लिए, शरीर के बाहर संस्कृति में पेश किए गए चोंड्रोसाइट्स अक्सर पारदर्शी उपास्थि के बजाय रेशेदार उत्पन्न करते हैं।

चूंकि प्राथमिक कोशिकाएं विभाजित करने में असमर्थ हैं और अपने विशिष्ट गुणों को खो सकती हैं, सेल इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकियों के विकास के लिए कोशिकाओं के वैकल्पिक स्रोतों की आवश्यकता उत्पन्न हुई। स्टेम सेल एक ऐसा विकल्प बन गए हैं।

संगठन को निर्देशित करने के लिए, क्षतिग्रस्त ऊतक के पुनर्निर्माण के दौरान कोशिकाओं के विकास और भेदभाव का समर्थन करने के लिए, एक विशेष सेल वाहक की आवश्यकता होती है - आव्यूह, जो एक स्पंज या झांवा के समान त्रि-आयामी नेटवर्क है (चित्र 4)। उन्हें बनाने के लिए, जैविक रूप से निष्क्रिय सिंथेटिक सामग्री, प्राकृतिक पॉलिमर (चिटोसन, एल्गिनेट, कोलेजन) पर आधारित सामग्री और बायोकम्पोजिट का उपयोग किया जाता है। उदाहरण के लिए, अस्थि ऊतक समकक्ष अस्थि मज्जा, गर्भनाल रक्त या वसा ऊतक से ऑस्टियोब्लास्ट में स्टेम कोशिकाओं के निर्देशित भेदभाव द्वारा प्राप्त किए जाते हैं, जो तब विभिन्न सामग्रियों पर लागू होते हैं जो उनके विभाजन का समर्थन करते हैं (उदाहरण के लिए, दाता हड्डी, कोलेजन मैट्रिस, आदि। )

"ब्रांडेड" ऊतक इंजीनियरिंग रणनीति

आज, ऊतक इंजीनियरिंग की रणनीतियों में से एक इस प्रकार है:

1. स्वयं या दाता स्टेम सेल का चयन और खेती।
2. बायोकंपैटिबल सामग्री के आधार पर कोशिकाओं (मैट्रिक्स) के लिए एक विशेष वाहक का विकास।
3. विशेष खेती की स्थितियों के साथ एक बायोरिएक्टर में एक मैट्रिक्स और सेल प्रसार के लिए एक सेल संस्कृति का अनुप्रयोग।
4. प्रभावित अंग के क्षेत्र में ऊतक-इंजीनियर संरचना का प्रत्यक्ष सम्मिलन या संरचना (पूर्वनिर्मित) के भीतर माइक्रोकिरकुलेशन के परिपक्वता और गठन के लिए रक्त के साथ अच्छी तरह से आपूर्ति किए गए क्षेत्र में प्रारंभिक प्लेसमेंट।

मेजबान जीव (ऊतक वृद्धि की दर के आधार पर) में आरोपण के कुछ समय बाद मचान पूरी तरह से गायब हो जाते हैं, और दोष के स्थल पर केवल नया ऊतक ही रहेगा। पहले से ही आंशिक रूप से बने नए ऊतक ("बायोकंपोजिट") के साथ एक मैट्रिक्स को पेश करना भी संभव है। बेशक, आरोपण के बाद, ऊतक-इंजीनियर संरचना को दोष के स्थल पर सामान्य रूप से काम कर रहे ऊतक को बहाल करने और आसपास के ऊतकों के साथ एकीकृत करने के लिए पर्याप्त समय के लिए अपनी संरचना और कार्यों को बनाए रखना चाहिए। लेकिन, दुर्भाग्य से, सभी आवश्यक शर्तों को पूरा करने वाले आदर्श मैट्रिक्स अभी तक नहीं बनाए गए हैं।

प्रिंटर से रक्त वाहिकाएं

होनहार ऊतक इंजीनियरिंग प्रौद्योगिकियों ने जीवित ऊतकों और अंगों के प्रयोगशाला निर्माण की संभावना को खोल दिया है, लेकिन जटिल अंगों के निर्माण से पहले विज्ञान अभी भी शक्तिहीन है। हालांकि, अपेक्षाकृत हाल ही में, डॉ. गुंटर तोवर के नेतृत्व में वैज्ञानिक ( गुंटर तोवरो) जर्मनी में फ्रौनहोफर सोसाइटी से ऊतक इंजीनियरिंग में बड़ी सफलता मिली - उन्होंने रक्त वाहिकाओं के निर्माण की तकनीक विकसित की। लेकिन ऐसा लग रहा था कि कृत्रिम रूप से केशिका संरचनाएं बनाना असंभव था, क्योंकि उन्हें लचीला, लोचदार, आकार में छोटा होना चाहिए और साथ ही साथ प्राकृतिक ऊतकों के साथ बातचीत करनी चाहिए। अजीब तरह से पर्याप्त है, लेकिन उत्पादन प्रौद्योगिकियां बचाव में आईं - रैपिड प्रोटोटाइप की एक विधि (दूसरे शब्दों में, 3 डी प्रिंटिंग)। यह समझा जाता है कि एक जटिल 3D मॉडल (हमारे मामले में, एक रक्त वाहिका) एक 3D . पर मुद्रित होता है इंकजेट प्रिंटरविशेष "स्याही" (चित्र 5) का उपयोग करना।

प्रिंटर परतों में सामग्री लागू करता है, और कुछ जगहों पर परतें रासायनिक रूप से बंधी होती हैं। हालाँकि, ध्यान दें कि 3D प्रिंटर अभी तक छोटी केशिकाओं के लिए पर्याप्त सटीक नहीं हैं। इस संबंध में, बहुलक उद्योग में उपयोग किए जाने वाले मल्टीफोटॉन पोलीमराइजेशन की विधि को लागू किया गया था। सामग्री को संसाधित करने वाली छोटी, तीव्र लेजर दालें अणुओं को इतनी दृढ़ता से उत्तेजित करती हैं कि वे लंबी श्रृंखला बनाने के लिए एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं। इस प्रकार, सामग्री पॉलीमराइज़ हो जाती है और प्राकृतिक सामग्री की तरह कठोर, लेकिन लोचदार हो जाती है। ये प्रतिक्रियाएं इतनी नियंत्रित होती हैं कि इनका उपयोग त्रि-आयामी "ब्लूप्रिंट" से सबसे छोटी संरचनाएं बनाने के लिए किया जा सकता है।

और निर्मित रक्त वाहिकाओं के लिए शरीर की कोशिकाओं के साथ डॉक करने के लिए, संशोधित जैविक संरचनाएं (उदाहरण के लिए, हेपरिन) और "एंकर" प्रोटीन जहाजों के निर्माण के दौरान उनमें एकीकृत होते हैं। अगले चरण में, एंडोथेलियल कोशिकाएं (फ्लैट कोशिकाओं की एक परत अस्तर .) भीतरी सतहरक्त वाहिकाएं) - ताकि रक्त के घटक दीवारों से न चिपके नाड़ी तंत्र, और इसके साथ स्वतंत्र रूप से ले जाया गया।

हालांकि, इससे पहले कि आप वास्तव में प्रयोगशाला में विकसित अंगों को अपने स्वयं के साथ प्रत्यारोपित कर सकें रक्त वाहिकाएं, कुछ समय बीत जाएगा।

चलो, रूस, आगे आओ!

झूठी शील के बिना, हम कह सकते हैं कि रूस में भी, के लिए एक वैज्ञानिक आधार है व्यावहारिक अनुप्रयोगनई पीढ़ी की जैव चिकित्सा सामग्री। क्रास्नोयार्स्क के एक युवा वैज्ञानिक एकातेरिना इगोरेवना शिशात्सकाया (चित्र 6) द्वारा एक दिलचस्प विकास का सुझाव दिया गया था - एक घुलनशील जैव-संगत बहुलक बायोप्लास्टोटेन... वह अपने विकास का सार सरलता से बताती है: "वर्तमान में, चिकित्सा व्यवसायी उन सामग्रियों की भारी कमी का सामना कर रहे हैं जो खंडों को प्रतिस्थापित कर सकती हैं मानव शरीर... हम एक अनूठी सामग्री को संश्लेषित करने में कामयाब रहे जो मानव अंगों और ऊतकों के तत्वों को बदलने में सक्षम है "... एकातेरिना इगोरवाना के विकास को सबसे पहले, सर्जरी में आवेदन मिलेगा। "सबसे सरल है, उदाहरण के लिए, हमारे बहुलक से बने टांके, जो घाव भरने के बाद घुल जाते हैं।, - शिशत्सकाया कहते हैं। - आप जहाजों में विशेष आवेषण भी बना सकते हैं - स्टेंट। ये छोटी, खोखली नलियाँ होती हैं जिनका उपयोग किसी बर्तन को फैलाने के लिए किया जाता है। ऑपरेशन के कुछ समय बाद, पोत को बहाल कर दिया जाता है, और बहुलक विकल्प घुल जाता है " .

क्लिनिक में ऊतक-इंजीनियर्ड निर्माण प्रत्यारोपण का पहला अनुभव

चित्र 7. पाओलो मैकियारिनी, जिसका मास्टर वर्ग "ऊतक इंजीनियरिंग और अंग विकास के लिए सेल प्रौद्योगिकियां" 2010 में मास्को में आयोजित किया गया था।

2008 की शरद ऋतु में, यूनिवर्सिटी ऑफ़ बार्सिलोना (स्पेन) और स्कूल ऑफ़ मेडिसिन ऑफ़ हनोवर (जर्मनी) के क्लिनिक के प्रमुख, प्रोफेसर पाओलो मैक्चियारिनी ( पाओलो मैकियारिनी; चावल। 7) मुख्य बाएं ब्रोन्कस के 3 सेमी स्टेनोसिस वाले रोगी को श्वासनली के समतुल्य बायोइंजीनियरिंग का पहला सफल प्रत्यारोपण किया (चित्र 8)।

भविष्य के ग्राफ्ट के लिए एक कैडवेरिक ट्रेकिआ के 7 सेमी खंड को मैट्रिक्स के रूप में लिया गया था। संयोजी ऊतक, दाता कोशिकाएं और हिस्टोकम्पैटिबिलिटी एंटीजन। शुद्धिकरण में 4% सोडियम डीऑक्सीकोलेट और डीऑक्सीराइबोन्यूक्लिज़ I (इस प्रक्रिया में 6 सप्ताह लगे) का उपयोग करके 25 विचलन चक्र शामिल थे। विचलन के प्रत्येक चक्र के बाद, शेष न्यूक्लियेटेड कोशिकाओं की संख्या निर्धारित करने के लिए ऊतक का एक ऊतकीय परीक्षण किया गया था, साथ ही हिस्टोकोम्पैटिबिलिटी एंटीजन एचएलए-एबीसी, एचएलए-डीआर, एचएलए-डीपी, और एचएलए- की उपस्थिति के लिए एक इम्यूनोहिस्टोकेमिकल अध्ययन किया गया था। ऊतक में डीक्यू। अपने स्वयं के डिजाइन (चित्र 9) के एक बायोरिएक्टर के लिए धन्यवाद, वैज्ञानिकों ने समान रूप से श्वासनली के धीरे-धीरे घूमने वाले खंड की सतह पर एक सिरिंज के साथ एक सेल निलंबन लागू किया। फिर संस्कृति माध्यम में आधा डूबा हुआ ग्राफ्ट, माध्यम और वायु के साथ कोशिकाओं से वैकल्पिक रूप से संपर्क करने के लिए अपनी धुरी के चारों ओर घुमाया गया।

चित्रा 9. श्वासनली के ऊतक इंजीनियर समकक्ष बनाने के लिए बायोरिएक्टर। ए- बायोरिएक्टर का आरेख, पार्श्व दृश्य। बी- बायोरिएक्टर को सील करना। वी- श्वासनली के समतुल्य ऊतक इंजीनियरिंग के साथ बायोरिएक्टर बगल में. जी- श्वासनली समकक्ष को हटाने के बाद बायोरिएक्टर। डी- ऑपरेशन से ठीक पहले श्वासनली के बराबर का दृश्य।

श्वासनली समकक्ष 96 घंटे के लिए बायोरिएक्टर में था; फिर इसे रोगी को प्रत्यारोपित किया गया। ऑपरेशन के दौरान, मुख्य बायां ब्रोन्कस और श्वासनली का वह हिस्सा, जिससे यह सटा हुआ था, पूरी तरह से हटा दिया गया था। परिणामी अंतराल में एक ग्राफ्ट लगाया गया था, और ऊतक-इंजीनियर समकक्ष के लुमेन के व्यास और प्राप्तकर्ता के ब्रोन्कस के बीच कुछ विसंगति को दाता ऊतक की लोच के कारण दूर किया गया था।

ऑपरेशन के दस दिन बाद मरीज को बिना लक्षण के क्लिनिक से छुट्टी दे दी गई सांस की विफलताऔर भ्रष्टाचार अस्वीकृति के लिए प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया। के अनुसार परिकलित टोमोग्राफी, जिसकी मदद से वर्चुअल 3D पुनर्निर्माण किया गया था श्वसन तंत्र, ऊतक-इंजीनियर समकक्ष रोगी की अपनी ब्रांकाई (चित्र 10) से व्यावहारिक रूप से अप्रभेद्य था।

;. दैनिक डाक;

"क्लिनिक में ऊतक-इंजीनियर ट्रेकिआ का पहला सफल प्रत्यारोपण।" (2008)। " जीन और कोशिकाएं».

ऊतक अभियांत्रिकीहड्डी और अन्य मस्कुलोस्केलेटल ऊतकों सहित ऊतकों को डिजाइन और निर्माण करने का विज्ञान है। ऊतक इंजीनियरिंग और मोर्फोजेनेसिस दोनों तीन घटकों पर आधारित हैं - मॉर्फोजेनेटिक सिग्नल, सक्षम स्टेम सेल और मचान संरचनाएं। मस्कुलोस्केलेटल ऊतक की बहाली भ्रूण के विकास और आकारिकी दोनों को सामान्य बनाती है। मोर्फोजेनेसिस संरचनाओं के गठन का अध्ययन करने वाले विज्ञान का एक विकासशील समूह है, सामान्य संरचनाशरीर वयस्क कार्य करने के रास्ते पर है।

इसलिए, आकृतिजनन में शामिल आवेगों का उपयोग अस्थि ऊतक इंजीनियरिंग में किया जाना चाहिए। बोन मॉर्फोजेनेटिक प्रोटीन का संरचनाओं के प्राथमिक गठन, कोशिका विभेदन, और हड्डी और आर्टिकुलर कार्टिलेज की बहाली में व्यापक रूप से निर्देशित (प्लियोट्रोपिक) कार्य होता है। हड्डी की इसे बदलने की क्षमता (मनोरंजक क्षमता) हड्डी के मैट्रिक्स में हड्डी के मॉर्फोजेनेटिक प्रोटीन पर निर्भर करती है। बोन मॉर्फोजेनेटिक प्रोटीन रिसेप्टर्स और स्मैड 1, 5 और 8 के माध्यम से कार्टिलेज और बोन सेल लाइनों को उत्तेजित करने का काम करते हैं। ऊतक-इंजीनियर हड्डी और उपास्थि का होमोस्टैसिस बाह्य मैट्रिक्स और बायोमैकेनिक्स के रखरखाव पर निर्भर करता है। में मॉर्फोजेनेटिक बोन प्रोटीन का उपयोग पित्रैक उपचारऔर बायोमिमेटिक बाह्य मैट्रिक्स मचानों में स्टेम कोशिकाओं की रिहाई से हड्डी की कार्यक्षमता होती है। अंत में, यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि हमारा समय कार्यात्मक ऊतक इंजीनियरिंग, हड्डी आवेगों, ढांचे संरचनाओं और स्टेम कोशिकाओं के क्षेत्र में रोमांचक खोजों का समय है।

एक आर्थोपेडिक सर्जन के सामने आने वाली चुनौतियों में से एक है, हटाने के परिणामस्वरूप क्षतिग्रस्त कंकाल की हड्डी के एक बड़े हिस्से की बहाली और पुनर्निर्माण। मैलिग्नैंट ट्यूमरहड्डियों या चोट। यद्यपि बड़े अस्थि खंडों के लिए एलोजेनिक ग्राफ्ट ने बढ़ती स्वीकृति प्राप्त की है, लेकिन इसमें संभावित फ्रैक्चर की कमियां हैं। पोस्टमेनोपॉज़ल ऑस्टियोपोरोसिस के रोगियों में हड्डी के फ्रैक्चर की समस्या, स्तन कैंसर के कारण होने वाले मेटास्टेसिस या पौरुष ग्रंथि, और मधुमेह जैसे चयापचय संबंधी विकारों के लिए ऊतक इंजीनियरिंग सिद्धांतों को हड्डी पर लागू करने की आवश्यकता होती है।

ऊतक इंजीनियरिंग कार्यात्मक मरम्मत के लिए नए ऊतकों के डिजाइन और निर्माण का विज्ञान है क्षतिग्रस्त अंगऔर कैंसर के कारण खोए हुए शरीर के अंगों को बदलना, विभिन्न रोगऔर चोटें। शरीर के कई ऊतकों में, हड्डी में मरम्मत करने की उच्च क्षमता होती है, और इसलिए सामान्य रूप से ऊतक इंजीनियरिंग के सिद्धांतों के लिए बेंचमार्क है। निकट भविष्य में, ऊतक इंजीनियरिंग के क्षेत्र में ज्ञान के संचय से आर्थोपेडिक सर्जरी में उपयोग के लिए निर्दिष्ट मापदंडों के साथ हड्डी प्रत्यारोपण का निर्माण होगा।

ऊतक इंजीनियरिंग और ऊतक पुनर्जनन के तीन मुख्य घटक संकेत, स्टेम सेल और मचान हैं। संकेतों की विशिष्टता विकासशील भ्रूण में ऊतक आकारिकी और आगमनात्मक उत्तेजनाओं पर निर्भर करती है। वे आम तौर पर पुनर्जनन के दौरान पुन: उत्पन्न होते हैं। एक सदी से भी अधिक समय से सर्जनों द्वारा बोन ग्राफ्ट का उपयोग किया जाता रहा है। उरिस्ट ने किया सबसे महत्वपूर्ण खोजयह दर्शाता है कि खरगोश की एलोजेनिक हड्डी के डिमिनरलाइज्ड, फ्रीज-ड्राय सेगमेंट के आरोपण के कारण नई हड्डी का निर्माण हुआ। यह दिखाया गया है कि हड्डी के गठन की उत्तेजना एक अनुक्रमिक, चरण-दर-चरण क्रिया है, जहां तीन प्रमुख चरण - केमोटैक्सिस, माइटोसिस और भेदभाव होता है। केमोटैक्सिस डिमिनरलाइज्ड बोन मैट्रिक्स से निकलने वाले रासायनिक संकेतों के प्रभाव में कोशिकाओं की निर्देशित गति है। कोलेजन मैट्रिक्स पर हड्डी बनाने वाली कोशिकाओं की गति और बाद में आसंजन इसमें फाइब्रोनेक्टिन की उपस्थिति से निर्धारित होता है।

अघुलनशील डिमिनरलाइज्ड मैट्रिक्स से जारी विकास उत्तेजक के प्रभाव में सेल प्रसार का शिखर तीसरे दिन मनाया जाता है। कार्टिलेज का गठन 7-8 दिनों में अपने अधिकतम तक पहुंच जाता है, इसके बाद संवहनी आक्रमण होता है और 9 दिन से शुरू होकर ओस्टोजेनेसिस मनाया जाता है। अस्थि निर्माण 10-12 दिनों में चरम पर होता है, जैसा कि क्षारीय फॉस्फेट गतिविधि द्वारा इंगित किया गया है। इसके बाद ओस्टियोकैल्सिन, अस्थि प्रोटीन युक्त -कार्बोक्सीग्लूटामिक एसिड (बीजीपी) में वृद्धि होती है। नवगठित अपरिपक्व हड्डी लाल रंग से भर जाती है अस्थि मज्जा 21वें दिन तक। अस्थि मोर्फोजेनेटिक प्रोटीन की रिहाई के कारण डिमिनरलाइज्ड हड्डी, जो हड्डी के आकारिकी के लिए प्रारंभिक आवेगों को निर्धारित करती है, साथ ही साथ हड्डी के अलावा कई अंगों का निर्माण करती है, जैसे कि मस्तिष्क, हृदय, गुर्दे, फेफड़े, त्वचा और दांत। इसलिए, हड्डी के मॉर्फोजेनेटिक प्रोटीन को शरीर के मॉर्फोजेनेटिक प्रोटीन के रूप में इलाज करना संभव है।

जे.पी. फिशर और ए.एच. रेड्डी, हड्डी की कार्यात्मक ऊतक इंजीनियरिंग: सिग्नल और मचान
बोरिसोवा मरीना द्वारा अनुवाद

ऊतक अभियांत्रिकी- चिकित्सा की एक युवा और विकासशील दिशा, जो मानवता के लिए नए अवसर खोलती है। पेशा उन लोगों के लिए उपयुक्त है जो रसायन विज्ञान और जीव विज्ञान में रुचि रखते हैं (स्कूल के विषयों में रुचि के आधार पर पेशा चुनना देखें)।

इस लेख में, हम आपको टिशू इंजीनियर के पेशे के बारे में बताएंगे - इस दिशा में भविष्य के व्यवसायों में से एक।

ऊतक इंजीनियरिंग क्या है?

यह एक विज्ञान है जिसकी उत्पत्ति के बीच की सीमा पर हुई है कोशिका विज्ञान, भ्रूणविज्ञान, जैव प्रौद्योगिकी, प्रत्यारोपण और चिकित्सा सामग्री विज्ञान।

वह जीवित कोशिकाओं से बनाए गए अंगों और ऊतकों के जैविक एनालॉग के विकास में माहिर हैं और उनके कार्यों को बहाल करने या बदलने के लिए डिज़ाइन किया गया है।

फैब्रिक इंजीनियर कौन है?

यह एक विशेषता है जो निकट भविष्य में मांग में होगी। यह पेशेवर विकास और नियंत्रण के लिए जिम्मेदार है उत्पादन की प्रक्रिया, सामग्री का चयन और गठन आवश्यक शर्तेंऊतक-इंजीनियर्ड प्रत्यारोपण (ग्राफ्ट) के निर्माण और उनके आगे के प्रत्यारोपण के लिए। कुछ रिपोर्ट्स के मुताबिक यह प्रोफेशन 2020 के बाद फैलना शुरू हो जाएगा।

भ्रष्टाचार के विकास और कार्यान्वयन में कई चरण शामिल हैं:

- सबसे पहले, कोशिकाओं का चयन और खेती करना आवश्यक है;

- फिर बायोकंपैटिबल सामग्री का उपयोग करके एक सेल कैरियर (मैट्रिक्स) बनाया जाता है;

- उसके बाद, कोशिकाओं को मैट्रिक्स पर रखा जाता है और वे बायोरिएक्टर में गुणा करते हैं;

- अंत में, प्रत्यारोपण को गैर-कार्यरत अंग के क्षेत्र में रखा गया है। यदि आवश्यक हो, तो इससे पहले, ग्राफ्ट को उसकी परिपक्वता के लिए अच्छी रक्त आपूर्ति वाले क्षेत्र में डाला जाता है (इस प्रक्रिया को प्रीफैब्रिकेशन कहा जाता है)।

प्रारंभिक सामग्री ऊतक कोशिकाएं हो सकती हैं जिन्हें पुनर्जीवित करने की आवश्यकता होती है, या स्टेम कोशिकाएं। मैट्रिक्स के उत्पादन में, विभिन्न प्रकार की सामग्रियों का उपयोग किया जा सकता है (बायोकंपोजिट, सिंथेटिक जैविक रूप से निष्क्रिय, प्राकृतिक बहुलक)।

ग्राफ्ट का उपयोग कहाँ किया जाता है?

• पुनर्जनन में सहायता के लिए त्वचा के कृत्रिम एनालॉग्स का निर्माण त्वचाव्यापक जलन के साथ।
• कार्डियोलॉजी (हृदय वाल्व के जैविक एनालॉग, धमनियों, नसों और केशिकाओं के पुनर्निर्माण) के क्षेत्र में ऊतक-इंजीनियर प्रत्यारोपण में भी काफी संभावनाएं हैं।
• इसके अलावा, उन्हें फिर से बनाते समय लागू किया जाता है श्वसन प्रणाली, पाचन अंग, मूत्र प्रणालीबाहरी और आंतरिक स्राव की ग्रंथियां।

टिशू इंजीनियर बनने के लिए कहां पढ़ाई करें

वी इस पलहमारे देश में नहीं शिक्षण कार्यक्रमइस विशेषता में शिक्षण, ऊतक इंजीनियरिंग में विशेषज्ञता वाले अनुसंधान संस्थानों में केवल कई प्रयोगशालाएं हैं। इस क्षेत्र में विकसित होने के इच्छुक पेशेवर बुनियादी प्राप्त कर सकते हैं चिकित्सीय शिक्षा... आपको विदेश में अध्ययन करने की संभावना पर भी विचार करना चाहिए: संयुक्त राज्य अमेरिका और यूरोप में, इस विशेषता में मास्टर डिग्री सक्रिय रूप से विकसित हो रही है।

व्यावसायिक रूप से महत्वपूर्ण गुण:

• व्यवस्थित सोच;
• एक अंतःविषय क्षेत्र में काम करने में रुचि;
• अनिश्चितता की स्थिति में काम करने की तत्परता;
• अनुसंधान हित;
• टीम वर्क की जिम्मेदारी।

प्रमुख विषय:

• जीव विज्ञान;
• रसायन विज्ञान;
• भौतिक विज्ञान;
• गणित;
• कंप्यूटर विज्ञान।

आधुनिक ऊतक इंजीनियरिंग में प्रगति

निप्पल एनालॉग्स बनाए गए हैं और सफलतापूर्वक लागू किए गए हैं महिला स्तन, ऊतक अभियांत्रिकी मूत्राशयऔर मूत्रवाहिनी। जिगर, श्वासनली और आंतों के तत्वों के निर्माण पर शोध चल रहा है।

अग्रणी अनुसंधान प्रयोगशालाएं एक और हार्ड-टू-रिस्टोर को फिर से बनाने के लिए काम कर रही हैं मानव अंग- एक दाँत। कठिनाई इस तथ्य में निहित है कि दांत कोशिकाएं कई ऊतकों से विकसित होती हैं, जिनके संयोजन को पुन: उत्पन्न नहीं किया जा सकता है। वर्तमान में, केवल दांत निर्माण के प्रारंभिक चरण पूरी तरह से पुन: निर्मित नहीं होते हैं। कृत्रिम आँखवर्तमान में प्रारंभिक चरण में है, लेकिन यह पहले से ही अपनी व्यक्तिगत झिल्लियों के अनुरूप विकसित करने के लिए निकला है - कॉर्निया, श्वेतपटल, परितारिका।

साथ ही, उन्हें एक पूरे में एकीकृत करने का प्रश्न खुला रहता है।

कील विश्वविद्यालय के जर्मन वैज्ञानिकों का एक समूह सफलतापूर्वक बहाल करने में सक्षम था निचला जबड़ारोगी, ट्यूमर के कारण लगभग पूरी तरह से हटा दिया गया।

रोगी के स्टेम सेल, हड्डी के विकास कारकों के साथ, उसके जबड़े की एक टाइटेनियम जाल प्रतिकृति में रखा गया था। फिर, ऊष्मायन अवधि के लिए, इस निर्माण को उसकी पेशी में नीचे रखा गया था दाहिने कंधे का ब्लेडजहां से इसे मरीज को ट्रांसप्लांट किया गया।

इस बारे में बात करना जल्दबाजी होगी कि ऐसा जबड़ा कितना प्रभावी ढंग से काम करेगा। हालांकि, मानव शरीर के अंदर सचमुच विकसित होने वाले अस्थि प्रत्यारोपण का यह पहला विश्वसनीय मामला है।