ძვლოვანი ქსოვილის უჯრედული ინჟინერია. გრაფტის გენერაცია. რა არის ქსოვილის ინჟინერი

ქსოვილის ინჟინერია) არის მიდგომა იმპლანტირებადი ქსოვილებისა და ორგანოების შესაქმნელად, რომელიც იყენებს ფუნდამენტურ სტრუქტურულ-ფუნქციურ ურთიერთქმედებებს ნორმალურ და პათოლოგიურად შეცვლილ ქსოვილებში ბიოლოგიური შემცვლელების შესაქმნელად ქსოვილების ფუნქციონირების აღსადგენად ან გასაუმჯობესებლად. ქსოვილის ინჟინერიული სტრუქტურები წარმოადგენს ბიოსამედიცინო უჯრედული პროდუქტი, რომელიც შედგება უჯრედებისგან (უჯრედების ხაზები), ბიოთავსებადი მასალისა და დამხმარე ნივთიერებებიდა ნიშნავს ნებისმიერ ბიოსამედიცინო უჯრედულ პროდუქტს, რომელიც შედგება უჯრედული ხაზი(ებ)ისა და ბიოთავსებადი მასალისგან. ტერმინი „ბიოთავსებადი მასალა“ ამ კონტექსტში ნიშნავს ბუნებრივი (მაგ., დეცელულარული ტრანსპლანტატი) ან სინთეზური წარმოშობის ნებისმიერ ბიოთავსებად მასალას. მაგალითად, ასეთ მასალებს მიეკუთვნება ბიოთავსებადი პოლიმერები (პოლილაქტატი და პოლიგლუკონატი), ბიოთავსებადი ლითონები და შენადნობები (ტიტანი, პლატინი, ოქრო), ბიოთავსებადი ბუნებრივი პოლიმერები (კოლაგენი).

ქსოვილის საინჟინრო კონსტრუქციები გამოიყენება ბიოლოგიური შემცვლელების შესაქმნელად ქსოვილების ფუნქციის აღდგენის ან გასაუმჯობესებლად. უჯრედები, როგორც დიზაინის კომპონენტი, შეიძლება მიღებულ იქნას სხვადასხვა წყაროდან და განთავსდეს სხვადასხვა ეტაპებიდიფერენცირება ცუდად დიფერენცირებული უჯრედებიდან მაღალ დიფერენცირებულ სპეციალიზებულ უჯრედებამდე. მომზადებული მატრიქსის უჯრედების კოლონიზაცია თანამედროვე ბიომედიცინის აქტუალური პრობლემაა. ამ შემთხვევაში, მატრიქსის ზედაპირის თვისებები გავლენას ახდენს უჯრედის კოლონიზაციაზე, მათ შორის უჯრედის მიმაგრება და პროლიფერაცია მთელს მატრიქსში.

ამჟამად ცნობილი მეთოდები ქსოვილის ინჟინერიის კონსტრუქციების მისაღებად იყენებს უჯრედების სუსპენზიის მომზადებას და ამ სუსპენზიის ფიზიკურ გამოყენებას ბიოთავსებად მასალაზე სუსპენზიის კულტურის თანდათანობით დეპონირების გზით მონოფენის ფორმირებისთვის და მასალის დიდი ხნის განმავლობაში ხსნარში მოთავსებით. საკმარისია უჯრედების შეღწევისთვის მასალის მთელ მოცულობაში, ასევე 3D ბიოპრინტის გამოყენებისთვის. შესთავაზა სხვადასხვა გზებიღრუ შინაგანი ორგანოების ქსოვილის ინჟინერიული ეკვივალენტების ფორმირება, როგორიცაა ურეთრა, შარდის ბუშტი, ნაღვლის სადინარი, ტრაქეა.

კლინიკური კვლევები[ | ]

შესწავლილია ბიოთავსებად მასალებზე დაფუძნებული ქსოვილის ინჟინერიული სტრუქტურები კლინიკური კვლევებიუროლოგიური და დერმატოლოგიური დაავადებების მქონე პაციენტებზე.

იხილეთ ასევე [ | ]

შენიშვნები [ | ]

1. , Fox C. F. ქსოვილის ინჟინერია: სამუშაო შეხვედრის სამუშაოები, გაიმართა გრანლიბაკენში, ტბა ტაჰოში, კალიფორნია, 1988 წლის 26-29 თებერვალი. - Alan R. Liss, 1988. - T. 107.
2. ატალა ა., კასპერ ფ.კ., მიკოს ა.გ.საინჟინრო კომპლექსური ქსოვილები // მეცნიერების მთარგმნელობითი მედიცინა. - 2012. - T. 4, No160. - S. 160rv12. - ISSN 1946-6234. - DOI:10.1126/scitranslmed.3004890.
3. Vasyutin I.A., Lyndup A.V., Vinarov A.Z., Butnaru D.V., Kuznetsov S.L.ურეთრის რეკონსტრუქცია ქსოვილის ინჟინერიის ტექნოლოგიების გამოყენებით. (რუსული) // ბიულეტენი რუსეთის აკადემია სამედიცინო მეცნიერებები. - 2017. - T. 72, No1. - გვ.17–25. - ISSN 2414-3545. - DOI: 10.15690/vramn771.
4. Baranovsky D.S., Lyndup A.V., Parshin V.D.ფუნქციურად სრული მოციმციმე ეპითელიუმის მიღება in vitro ტრაქეის ქსოვილის ინჟინერიისთვის (რუსული) // რუსეთის სამედიცინო მეცნიერებათა აკადემიის ბიულეტენი. - 2015. - T. 70, No5. - გვ.561–567. - ISSN 2414-3545. - DOI:10.15690/vramn.v70.i5.1442.
5. ლოურენს ბ.ჯ., მადიჰალი ს.ვ.უჯრედების კოლონიზაცია დეგრადირებად 3D ფოროვან მატრიცებში // უჯრედის ადჰეზია და მიგრაცია. - 2008. - T. 2, No1. - გვ.9-16.
6. მირონოვი ვ. და სხვ. ორგანოს ბეჭდვა: კომპიუტერის დახმარებით გამანადგურებელი 3D ქსოვილის ინჟინერია //TRENDS ბიოტექნოლოგიაში. – 2003. – T. 21. – No. 4. – გვ.157-161. doi:

) — ახალი ქსოვილებისა და ორგანოების შექმნა დაზიანებული ორგანოს თერაპიული რეკონსტრუქციისთვის დამხმარე სტრუქტურების, მოლეკულური და მექანიკური სიგნალების მიწოდებით სასურველ ზონაში რეგენერაციისთვის.

აღწერა

ინერტული მასალისგან დამზადებულ ჩვეულებრივ იმპლანტანტებს შეუძლიათ მხოლოდ დაზიანებული ქსოვილის ფიზიკური და მექანიკური ნაკლოვანებების გამოსწორება. ქსოვილის ინჟინერიის მიზანია ბიოლოგიური (მეტაბოლური) ფუნქციების აღდგენა, ანუ ქსოვილის რეგენერაცია და არა უბრალოდ მისი ჩანაცვლება სინთეზური მასალით.

ქსოვილის ინჟინერიის იმპლანტის (გრაფტის) შექმნა რამდენიმე ეტაპს მოიცავს:

1. საკუთარი ან დონორი უჯრედული მასალის შერჩევა და კულტივირება;
2. ბიოთავსებად მასალებზე დაფუძნებული უჯრედებისთვის სპეციალური მატარებლის (მატრიცის) შემუშავება;
3. უჯრედული კულტურის გამოყენება მატრიქსზე და უჯრედების პროლიფერაცია ბიორეაქტორში განსაკუთრებული პირობებიკულტივირება;
4. ტრანსპლანტტის პირდაპირი შეყვანა დაზიანებული ორგანოს მიდამოში ან წინასწარი განთავსება სისხლით კარგად მომარაგებულ ადგილას გრაფტის შიგნით მომწიფებისთვის და მიკროცირკულაციის ფორმირებისთვის (პრეფაბრიკატი).

ფიჭური მასალა შეიძლება წარმოდგენილი იყოს რეგენერირებული ქსოვილის ან ღეროვანი უჯრედების უჯრედებით. გრაფტის მატრიცების შესაქმნელად გამოიყენება ბიოლოგიურად ინერტული სინთეზური მასალები, ბუნებრივ პოლიმერებზე დაფუძნებული მასალები (ქიტოზანი, ალგინატი, კოლაგენი), აგრეთვე ბიოკომპოზიტური მასალები. მაგალითად, ეკვივალენტები ძვლოვანი ქსოვილიმიღებული ძვლის ტვინის ღეროვანი უჯრედების მიმართული დიფერენცირებით, ტვინის სისხლიან ცხიმოვანი ქსოვილი. შემდეგ მიღებული ოსტეობლასტები (ახალგაზრდა ძვლის უჯრედები პასუხისმგებელნი არიან მის ზრდაზე) გამოიყენება სხვადასხვა მასალებზე, რომლებიც მხარს უჭერენ მათ დაყოფას - დონორის ძვალს, კოლაგენის მატრიცებს, ფოროვან ჰიდროქსიაპატიტს და ა.შ. დონორის ან საკუთარი კანის უჯრედების შემცველი ცოცხალი კანის ეკვივალენტები ამჟამად ფართოდ გამოიყენება აშშ-ში. , რუსეთი, იტალია. ამ დიზაინს შეუძლია გააუმჯობესოს ვრცელი დამწვრობის შეხორცება. გრაფტების შემუშავება ხორციელდება კარდიოლოგიაშიც (გულის ხელოვნური სარქველები, დიდი სისხლძარღვების რეკონსტრუქცია და კაპილარული ქსელები); სასუნთქი სისტემის (ხორხის, ტრაქეის და ბრონქების) აღდგენა; წვრილი ნაწლავი, ღვიძლი, შარდსასქესო სისტემის ორგანოები, ჯირკვლები შინაგანი სეკრეციადა ნეირონები. ლითონები ქსოვილის ინჟინერიაში გამოიყენება უჯრედების ზრდის გასაკონტროლებლად ზემოქმედების გზით მაგნიტური ველებისხვადასხვა მიმართულებები. მაგალითად, ამ გზით შესაძლებელი გახდა არა მხოლოდ ღვიძლის სტრუქტურების ანალოგების, არამედ ისეთი რთული სტრუქტურების შექმნა, როგორიცაა ბადურის ელემენტები. ასევე, მეთოდით შექმნილი მასალები (ელექტრონული სხივის ლითოგრაფია, EBL) უზრუნველყოფს მატრიცების ნანომასშტაბიან ზედაპირებს. ეფექტური ფორმირებაძვლის იმპლანტები. ხელოვნური ქსოვილებისა და ორგანოების შექმნა აღმოფხვრის დონორი ორგანოების უმეტესობის გადანერგვის აუცილებლობას და გააუმჯობესებს პაციენტების ცხოვრების ხარისხს და გადარჩენას.

ავტორები

• ნაროდიცკი ბორის საველიევიჩი
• ნესტერენკო ლუდმილა ნიკოლაევნა

წყაროები

1. ნანოტექნოლოგიები ქსოვილის ინჟინერიაში // ნანომეტრი. -www.nanometer.ru/2007/10/16/tkanevaa_inzheneria_4860.html
2. Ღეროვანი უჯრედების// ვიკიპედია, თავისუფალი ენციკლოპედია.www.ru.wikipedia.org/wiki/Stem_cells (წვდომის თარიღი: 10/12/2009).

სტატია კონკურსისთვის „ბიო/მოლი/ტექსტი“: პეტრე I ოცნებობდა „ფანჯრის გაჭრაზე ევროპისკენ“, ხოლო ჩვენი დროის მეცნიერები ოცნებობდნენ ფანჯრის გაღებაზე. თანამედროვე მედიცინა. "მედიცინა + ბიოტექნოლოგიის" კომბინაცია აისახება ქსოვილის ინჟინერიაში - ტექნოლოგია, რომელიც ხსნის დაკარგული ორგანოების აღდგენის შესაძლებლობას ტრანსპლანტაციის გარეშე. ქსოვილის ინჟინერიის მეთოდები და შედეგები გასაოცარია: ეს არის ცოცხალი (და არა ხელოვნური!) ორგანოებისა და ქსოვილების წარმოება; ქსოვილის რეგენერაცია; სისხლძარღვების ბეჭდვა 3D პრინტერზე; ქირურგიული ნაკერების ძაფების გამოყენება, რომლებიც "დნება" სხეულში და მრავალი სხვა.

ბოლო ათწლეულების განმავლობაში აშკარად ჩანს მოსახლეობის დაბერების საგანგაშო ტენდენციები, შრომისუნარიანი ასაკის ადამიანების დაავადებების და ინვალიდობის რაოდენობის ზრდა, რაც სასწრაფოდ მოითხოვს განვითარებას და განხორციელებას კლინიკური პრაქტიკაახალი, უფრო ეფექტური და ხელმისაწვდომი მეთოდები სარეაბილიტაციო მკურნალობაავადმყოფი. სურათი 1 გვიჩვენებს, თუ როგორ იცვლება დაავადებათა სტრუქტურა დღეს.

დღეს მეცნიერება და ტექნოლოგია გვთავაზობს რამდენიმე ალტერნატიულ გზას დაზიანებული ან პათოლოგიური ქსოვილებისა და ორგანოების აღდგენის ან შეცვლისთვის:

• გადანერგვა;
• იმპლანტაცია;
• ქსოვილის ინჟინერია.

ამ სტატიაში ჩვენ უფრო დეტალურად განვიხილავთ ქსოვილების ინჟინერიის შესაძლებლობებსა და პერსპექტივებს.

ქსოვილის ინჟინერია - თანამედროვე ინოვაციური ტექნოლოგია

ფუნდამენტურად ახალი მიდგომა - უჯრედისა და ქსოვილის ინჟინერია- ეს არის უახლესი მიღწევა მოლეკულური და ფიჭური ბიოლოგიის სფეროში. ამ მიდგომამ გახსნა ფართო პერსპექტივები ეფექტური ბიოსამედიცინო ტექნოლოგიების შესაქმნელად, რომელთა დახმარებით შესაძლებელი ხდება შესაძლო აღდგენადაზიანებული ქსოვილები და ორგანოები და ადამიანის მთელი რიგი მძიმე მეტაბოლური დაავადებების მკურნალობა.

ქსოვილის ინჟინერიის მიზანი- ადამიანის სხეულის გარეთ ცოცხალი, ფუნქციური ქსოვილების ან ორგანოების დაპროექტება და ზრდა პაციენტისთვის შემდგომი გადანერგვის მიზნით დაზიანებული ორგანოს ან ქსოვილის რეგენერაციის ჩანაცვლების ან სტიმულირების მიზნით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, დეფექტის ადგილი უნდა აღდგეს სამგანზომილებიანიქსოვილის სტრუქტურა.

მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ ინერტული მასალისგან დამზადებულ ჩვეულებრივ იმპლანტანტებს შეუძლიათ მხოლოდ აღმოფხვრა ფიზიკურიდა მექანიკურიდაზიანებული ქსოვილების ნაკლოვანებები, ინჟინერიით მიღებული ქსოვილებისგან განსხვავებით, რომლებიც აღადგენს, სხვა საკითხებთან ერთად, ბიოლოგიური(მეტაბოლური) ფუნქციები. ანუ ხდება ქსოვილის რეგენერაცია და არა მისი მარტივი ჩანაცვლება სინთეზური მასალით.

თუმცა, ქსოვილების ინჟინერიაზე დაფუძნებული რეკონსტრუქციული მედიცინის მეთოდების შემუშავებისა და გასაუმჯობესებლად, აუცილებელია ახალი მაღალფუნქციური მასალების შემუშავება. ბიოიმპლანტების შესაქმნელად გამოყენებულმა ამ მასალებმა უნდა მისცეს ქსოვილის ინჟინერიით შემუშავებულ სტრუქტურებს ცოცხალი ქსოვილების თანდაყოლილი მახასიათებლები:

• თვითგანკურნების უნარი;
• სისხლის მიწოდების შენარჩუნების უნარი;
• ფაქტორების საპასუხოდ სტრუქტურისა და თვისებების შეცვლის უნარი გარემომექანიკური დატვირთვის ჩათვლით.

უჯრედები და მატრიცები ქსოვილის ინჟინერიის საფუძველია

უმეტესობა მნიშვნელოვანი ელემენტიწარმატება არის ფუნქციურად აქტიური უჯრედების საჭირო რაოდენობის არსებობა, რომლებსაც შეუძლიათ დიფერენცირება, შეინარჩუნონ შესაბამისი ფენოტიპი და შეასრულონ სპეციფიკური ბიოლოგიური ფუნქციები. უჯრედების წყარო შეიძლება იყოს სხეულის ქსოვილები და შინაგანი ორგანოები. შესაძლებელია რეკონსტრუქციული თერაპიის საჭიროების მქონე პაციენტის შესაბამისი უჯრედების გამოყენება ან დან ახლო ნათესავი(ავტოგენური უჯრედები). უჯრედების გამოყენება შესაძლებელია სხვადასხვა წარმოშობის, მათ შორის პირველადი (სურ. 2) და ღეროვანი უჯრედები (ნახ. 3).

სურათი 2. პირველადი ადამიანის უჯრედი.

იუჟნოურალსკის კიოკუშინის ფედერაციის ბიბლიოთეკა

პირველადი უჯრედები- ეს არის გარკვეული ქსოვილის მომწიფებული უჯრედები, რომელთა აღება შესაძლებელია უშუალოდ დონორი ორგანიზმიდან ( ex vivo) ქირურგიულად. თუ პირველადი უჯრედები აღებულია კონკრეტული დონორი ორგანიზმიდან და შემდგომში აუცილებელია ამ უჯრედების იმპლანტაცია მასში, როგორც რეციპიენტში, მაშინ იმპლანტირებული ქსოვილის უარყოფის ალბათობა აღმოიფხვრება, რადგან პირველადი უჯრედებისა და უჯრედების მაქსიმალური შესაძლო იმუნოლოგიური თავსებადობა. მიმღები იმყოფება. თუმცა, პირველადი უჯრედები, როგორც წესი, არ შეუძლიათ გაყოფა - მათი გამრავლებისა და ზრდის პოტენციალი დაბალია. ასეთი უჯრედების კულტივირებისას ინ ვიტრო(ქსოვილის ინჟინერიის საშუალებით) ზოგიერთი ტიპის უჯრედებისთვის შესაძლებელია დედიფერენციაცია, ანუ სპეციფიკური, ინდივიდუალური თვისებების დაკარგვა. მაგალითად, სხეულის გარეთ კულტივირებული ქონდროციტები ხშირად წარმოქმნიან ბოჭკოვან და არა გამჭვირვალე ხრტილს.

მას შემდეგ, რაც პირველადი უჯრედები ვერ გაიყოფა და შეიძლება დაკარგოს მათი სპეციფიკური თვისებები, საჭიროა უჯრედების ალტერნატიული წყაროები უჯრედული ინჟინერიის ტექნოლოგიების განვითარებისთვის. ასეთი ალტერნატივა ღეროვანი უჯრედები გახდა.

ორგანიზაციის წარმართვისთვის, უჯრედების ზრდისა და დიფერენციაციის შესანარჩუნებლად დაზიანებული ქსოვილის რეკონსტრუქციის დროს საჭიროა სპეციალური უჯრედის მატარებელი - მატრიცა, რომელიც წარმოადგენს ღრუბლის ან პემზის მსგავსი სამგანზომილებიანი ქსელი (ნახ. 4). მათ შესაქმნელად გამოიყენება ბიოლოგიურად ინერტული სინთეზური მასალები, ბუნებრივი პოლიმერების (ქიტოზანი, ალგინატი, კოლაგენი) და ბიოკომპოზიტები დაფუძნებული მასალები. მაგალითად, ძვლის ქსოვილის ეკვივალენტები მიიღება ღეროვანი უჯრედების მიმართული დიფერენცირებით ძვლის ტვინიდან, ჭიპლარის სისხლიდან ან ცხიმოვანი ქსოვილიდან ოსტეობლასტებად, რომლებიც შემდეგ გამოიყენება სხვადასხვა მასალებზე, რომლებიც მხარს უჭერენ მათ დაყოფას (მაგალითად, დონორის ძვალი, კოლაგენის მატრიცები და ა.შ. ).

"საკუთრების" ქსოვილის ინჟინერიის სტრატეგია

დღეს ქსოვილის ინჟინერიის ერთ-ერთი სტრატეგია შემდეგია:

1. საკუთარი ან დონორის ღეროვანი უჯრედების შერჩევა და კულტივირება.
2. ბიოთავსებად მასალებზე დაფუძნებული უჯრედებისთვის სპეციალური მატარებლის (მატრიცის) შემუშავება.
3. უჯრედული კულტურის გამოყენება მატრიქსზე და უჯრედების პროლიფერაცია ბიორეაქტორში სპეციალური კულტივირების პირობებით.
4. ქსოვილის ინჟინერიით შექმნილი კონსტრუქციის უშუალო შეყვანა დაზიანებული ორგანოს მიდამოში ან წინასწარი განთავსება სისხლით კარგად მომარაგებულ ადგილას კონსტრუქციის შიგნით მომწიფებისა და მიკროცირკულაციის ფორმირებისთვის (პრეფაბრიკაცია).

მასპინძლის სხეულში იმპლანტაციის შემდეგ მატრიცები მთლიანად ქრება (დამოკიდებულია ქსოვილის ზრდის ტემპზე) და მხოლოდ ახალი ქსოვილი დარჩება დეფექტის ადგილზე. ასევე შესაძლებელია მატრიცის შემოღება უკვე ნაწილობრივ წარმოქმნილი ახალი ქსოვილით („ბიოკომპოზიტი“). რა თქმა უნდა, იმპლანტაციის შემდეგ, ქსოვილის ინჟინერიულმა სტრუქტურამ უნდა შეინარჩუნოს თავისი სტრუქტურა და ფუნქციები გარკვეული პერიოდის განმავლობაში, რათა აღადგინოს ნორმალურად მოქმედი ქსოვილი დეფექტის ადგილზე და ინტეგრირდეს მიმდებარე ქსოვილებთან. მაგრამ, სამწუხაროდ, იდეალური მატრიცები, რომლებიც აკმაყოფილებს ყველა საჭირო პირობას, ჯერ არ არის შექმნილი.

სისხლძარღვები პრინტერიდან

ქსოვილის ინჟინერიის პერსპექტიულმა ტექნოლოგიებმა გახსნა ლაბორატორიაში ცოცხალი ქსოვილებისა და ორგანოების შექმნის შესაძლებლობა, მაგრამ მეცნიერება ჯერ კიდევ უძლურია რთული ორგანოების შექმნისას. თუმცა, შედარებით ცოტა ხნის წინ, მეცნიერებმა დოქტორ გიუნტერ ტოვარის ხელმძღვანელობით ( Gunter პროდუქტი) გერმანიის ფრაუნჰოფერის საზოგადოებამ უზარმაზარი გარღვევა მოახდინა ქსოვილის ინჟინერიის სფეროში - მათ შეიმუშავეს სისხლძარღვების შექმნის ტექნოლოგია. მაგრამ ჩანდა, რომ შეუძლებელი იყო კაპილარული სტრუქტურების ხელოვნურად შექმნა, რადგან ისინი უნდა იყვნენ მოქნილი, ელასტიური, მცირე ფორმის და ამავე დროს ურთიერთქმედებდნენ ბუნებრივ ქსოვილებთან. უცნაურად საკმარისი იყო, რომ წარმოების ტექნოლოგიები გადაარჩინა - სწრაფი პროტოტიპის მეთოდი (სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, 3D ბეჭდვა). ეს ნიშნავს, რომ რთული 3D მოდელი (ჩვენს შემთხვევაში სისხლძარღვი) იბეჭდება 3D-ზე ჭავლური პრინტერისპეციალური „მელნის“ გამოყენებით (სურ. 5).

პრინტერი ათავსებს მასალას ფენებად და გარკვეულ ადგილებში ფენები ქიმიურად არის შეკრული. თუმცა, ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ ყველაზე პატარა კაპილარებისთვის, 3D პრინტერები ჯერ კიდევ არ არის საკმარისად ზუსტი. ამ კუთხით გამოყენებული იქნა მულტიფოტონური პოლიმერიზაციის მეთოდი, რომელიც გამოიყენება პოლიმერულ ინდუსტრიაში. მოკლე, ინტენსიური ლაზერული იმპულსები, რომლებიც ამუშავებს მასალას, ისე ძლიერად აღაგზნებს მოლეკულებს, რომ ისინი ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან და ერთმანეთთან აკავშირებენ გრძელ ჯაჭვებში. ამ გზით, მასალა პოლიმერიზდება და ხდება მყარი, მაგრამ ელასტიური, ბუნებრივი მასალების მსგავსად. ეს რეაქციები იმდენად კონტროლირებადია, რომ მათი გამოყენება შესაძლებელია სამგანზომილებიანი „გეგმის“ მიხედვით უმცირესი სტრუქტურების შესაქმნელად.

და იმისთვის, რომ შექმნილი სისხლძარღვები სხეულის უჯრედებთან მიმაგრდეს, მათში სისხლძარღვების წარმოებისას მოდიფიცირებული ბიოლოგიური სტრუქტურები (მაგალითად, ჰეპარინი) და "წამყვანის" ცილები ინტეგრირებულია. შემდეგ ეტაპზე, ენდოთელური უჯრედები (ბრტყელი უჯრედების ერთშრიანი ფენა, რომელიც აფარებს მას შიდა ზედაპირისისხლძარღვები) - ისე, რომ სისხლის კომპონენტები კედლებს არ მიეკრას სისხლძარღვთა სისტემა, მაგრამ თავისუფლად გადაჰყავდათ მის გასწვრივ.

თუმცა, სანამ რეალურად იქნება შესაძლებელი ლაბორატორიაში აღზრდილი ორგანოების იმპლანტაცია საკუთარი სისხლძარღვები, კიდევ ცოტა დრო გავა.

მოდი, რუსეთი, მოდი!

ცრუ მოკრძალების გარეშე ვთქვათ, რომ რუსეთში შეიქმნა სამეცნიერო საფუძველი პრაქტიკული გამოყენებაახალი თაობის ბიოსამედიცინო მასალები. საინტერესო განვითარება შემოგვთავაზა ახალგაზრდა მეცნიერმა კრასნოიარსკიდან ეკატერინა იგორევნა შიშატსკაია (სურ. 6) - ხსნადი ბიოთავსებადი პოლიმერი. ბიოპლასტოტანი. იგი განმარტავს მისი განვითარების არსს უბრალოდ: „ამჟამად, სამედიცინო პრაქტიკოსები განიცდიან მასალების დიდ დეფიციტს, რომლებსაც შეუძლიათ სეგმენტების შეცვლა ადამიანის სხეული. ჩვენ მოვახერხეთ უნიკალური მასალის სინთეზირება, რომელსაც შეუძლია შეცვალოს ადამიანის ორგანოებისა და ქსოვილების ელემენტები.. ეკატერინა იგორევნას განვითარება გამოიყენებს პირველ რიგში ქირურგიაში. „ყველაზე მარტივია, მაგალითად, ჩვენი პოლიმერისგან დამზადებული ნაკერების ძაფები, რომლებიც იხსნება ჭრილობის შეხორცების შემდეგ.- ამბობს შიშატსკაია. - თქვენ ასევე შეგიძლიათ გააკეთოთ სპეციალური ჩანართები გემებში - სტენტები. ეს არის პატარა ღრუ მილები, რომლებიც გამოიყენება გემის გაფართოებისთვის. ოპერაციიდან გარკვეული დროის შემდეგ ჭურჭელი აღდგება და პოლიმერული შემცვლელი იხსნება" .

ქსოვილის ინჟინერიული კონსტრუქციის ტრანსპლანტაციის პირველი გამოცდილება კლინიკაში

სურათი 7. პაოლო მაკარინი, რომლის მასტერკლასი "უჯრედული ტექნოლოგიები ქსოვილის ინჟინერიისა და ორგანოების ზრდისთვის" ჩატარდა მოსკოვში 2010 წელს.

2008 წლის შემოდგომაზე ბარსელონას უნივერსიტეტის (ესპანეთი) და ჰანოვერის სამედიცინო სკოლის (გერმანია) კლინიკის ხელმძღვანელმა, პროფესორმა პაოლო მაკარინიმ ( პაოლო მაკარინი; ბრინჯი. 7) ჩაატარა პირველი წარმატებული ოპერაცია ბიოინჟინერიული ტრაქეის გადანერგვის მიზნით, რომელიც ექვივალენტურია პაციენტის მარცხენა მთავარი ბრონქის 3 სმ სტენოზით (ნახ. 8).

სამომავლო ტრანსპლანტაციის მატრიცად მიიღეს გვამური ტრაქეის 7 სმ სიგრძის სეგმენტი. ბუნებრივი მატრიცის მისაღებად, რომლის თვისებები აღემატება ყველაფერს, რაც შეიძლება გაკეთდეს პოლიმერული მილებისგან, ტრაქეა გაწმენდილი იქნა გარემოსგან. შემაერთებელი ქსოვილი, დონორის უჯრედები და ჰისტოთავსებადობის ანტიგენები. წმენდა შედგებოდა დევიტალიზაციის 25 ციკლისგან 4% ნატრიუმის დეოქსიქოლატის და დეზოქსირიბონუკლეაზა I-ის გამოყენებით (პროცესს 6 კვირა დასჭირდა). დევიტალიზაციის ყოველი ციკლის შემდეგ ტარდებოდა ქსოვილის ჰისტოლოგიური გამოკვლევა დარჩენილი ბირთვული უჯრედების რაოდენობის დასადგენად, ასევე იმუნოჰისტოქიმიური კვლევა ჰისტოთავსებადობის ანტიგენების HLA-ABC, HLA-DR, HLA-DP და HLA- არსებობის დასადგენად. DQ ქსოვილში. მეცნიერებმა საკუთარი დიზაინის ბიორეაქტორის გამოყენებით (ნახ. 9) ერთნაირად გამოიყენეს უჯრედის სუსპენზია შპრიცით ტრაქეის ნელა მბრუნავი მონაკვეთის ზედაპირზე. გრაფტი, ნახევრად ჩაეფლო კულტურულ გარემოში, შემდეგ შემოტრიალდა მისი ღერძის გარშემო, რათა მონაცვლეობით გამოეჩინა უჯრედები გარემოსა და ჰაერში.

სურათი 9. ბიორეაქტორი ქსოვილის ინჟინერიის ტრაქეის ეკვივალენტის შესაქმნელად. ა- ბიორეაქტორის დიაგრამა, გვერდითი ხედი. ბ- ბიორეაქტორის დალუქვა. IN- ბიორეაქტორი ქსოვილის ინჟინერიით შემუშავებული ტრაქეის ეკვივალენტით ადგილზე. გ- ბიორეაქტორი ტრაქეალური ეკვივალენტის მოცილების შემდეგ. დ- ტრაქეალური ეკვივალენტის ხედი უშუალოდ ოპერაციამდე.

ტრაქეის ექვივალენტი ბიორეაქტორში იყო 96 საათის განმავლობაში; შემდეგ გადანერგეს პაციენტში. ოპერაციის დროს მთლიანად ამოიღეს მარცხენა მთავარი ბრონქი და ტრაქეის ის მონაკვეთი, რომელსაც ის უერთდებოდა. მიღებულ უფსკრულში ჩაკერებული იქნა გრაფტი და გარკვეული შეუსაბამობა ქსოვილის ინჟინერიით შემუშავებული ეკვივალენტის სანათურსა და მიმღების ბრონქის დიამეტრებს შორის გადაილახა დონორის ქსოვილის ელასტიურობის გამო.

ოპერაციიდან ათი დღის შემდეგ პაციენტი კლინიკიდან ნიშნების გარეშე გაწერეს სუნთქვის უკმარისობადა ტრანსპლანტაციის უარყოფის იმუნური რეაქცია. Მიხედვით კომპიუტერული ტომოგრაფია, რომლის დახმარებით განხორციელდა ვირტუალური 3D რეკონსტრუქცია სასუნთქი გზებიქსოვილის ინჟინერიით შემუშავებული ეკვივალენტი პრაქტიკულად არ განსხვავდებოდა პაციენტის საკუთარი ბრონქებისგან (სურ. 10).

;. DailyMail;

„პირველი წარმატებული ქსოვილის ინჟინერიით ტრაქეის გადანერგვა კლინიკაში“. (2008). " გენები და უჯრედები».

ქსოვილის ინჟინერიაარის ქსოვილების დიზაინისა და წარმოების მეცნიერება, მათ შორის ძვლისა და სხვა კუნთოვანი ქსოვილები. ორივე ქსოვილის ინჟინერია და მორფოგენეზი დაფუძნებულია სამ კომპონენტზე - მორფოგენეტიკური სიგნალები, კომპეტენტური ღეროვანი უჯრედები და ხარაჩოების სტრუქტურები. ძვალ-კუნთოვანი ქსოვილების აღდგენა აჯამებს როგორც ემბრიონის განვითარებას, ასევე მორფოგენეზს. მორფოგენეზი არის მეცნიერებათა განვითარებადი ჯგუფი, რომელიც სწავლობს სტრუქტურების ფორმირებას ზოგადი სტრუქტურასხეული ზრდასრულთა ფუნქციონირების გზაზე.

ამიტომ, მორფოგენეზში ჩართული იმპულსები უნდა იქნას გამოყენებული ძვლოვანი ქსოვილის ინჟინერიაში. ძვლის მორფოგენეტიკურ პროტეინებს აქვთ ფართო მიმართული (პლეიოტროპული) ფუნქცია სტრუქტურების პირველადი ფორმირების, უჯრედების დიფერენციაციისა და ძვლისა და სასახსრე ხრტილის აღდგენაში. ძვლის ცვლილების უნარი (რეკრეაციული უნარი) დამოკიდებულია ძვლის მატრიქსში არსებულ მორფოგენეტურ ძვლის ცილებზე. ძვლის მორფოგენეტიკური ცილები მოქმედებენ რეცეპტორების და Smads 1, 5 და 8 მეშვეობით ხრტილისა და ძვლის უჯრედული ხაზების სტიმულირებისთვის. ქსოვილის ინჟინერიული ძვლისა და ხრტილის ჰომეოსტაზი დამოკიდებულია უჯრედგარე მატრიქსისა და ბიომექანიკის შენარჩუნებაზე. ძვლის მორფოგენეტიკური ცილების გამოყენება გენური თერაპიადა ღეროვანი უჯრედების იზოლირება ბიომიმეტური უჯრედგარე მატრიქსის ხარაჩოებში იწვევს ძვლის ფუნქციონირებას. დასასრულს, უნდა აღინიშნოს, რომ ჩვენი დრო არის საინტერესო აღმოჩენების დრო ფუნქციური ქსოვილის ინჟინერიის, ძვლის იმპულსების, ხარაჩოების სტრუქტურებისა და ღეროვანი უჯრედების სფეროში.

ორთოპედიის ერთ-ერთი პრობლემაა ამოღების შედეგად დაზიანებული ჩონჩხის ძვლის დიდი სეგმენტის აღდგენა და რეკონსტრუქცია. ავთვისებიანი სიმსივნეძვლები ან დაზიანებები. მიუხედავად იმისა, რომ დიდი ძვლის სეგმენტების ალოგენურმა გადანერგვამ მოიპოვა მზარდი მიღება, მას აქვს შესაძლო მოტეხილობების უარყოფითი მხარეები. პოსტმენოპაუზური ოსტეოპოროზის მქონე პაციენტებში ძვლის ბზარების პრობლემა, ძუძუს კიბოთი გამოწვეული მეტასტაზები ან პროსტატის ჯირკვალიდა მეტაბოლური დარღვევები, როგორიცაა დიაბეტი, მოითხოვს ქსოვილის ინჟინერიის პრინციპების გამოყენებას ძვლებში.

ქსოვილის ინჟინერია არის მეცნიერება, რომელიც აყალიბებს და აწარმოებს ახალ ქსოვილებს ფუნქციური აღდგენისთვის დაზიანებული ორგანოებიდა კიბოს გამო დაკარგული სხეულის ნაწილების ჩანაცვლება, სხვადასხვა დაავადებებიდა დაზიანებები. სხეულის ბევრ ქსოვილს შორის, ძვალს აქვს აღდგენის მაღალი უნარი და, შესაბამისად, წარმოადგენს ზოგადად ქსოვილის ინჟინერიის პრინციპების ეტალონს. უახლოეს მომავალში ქსოვილის ინჟინერიის სფეროში ცოდნის დაგროვება გამოიწვევს ძვლის იმპლანტების შექმნას განსაზღვრული პარამეტრებით ორთოპედიულ ქირურგიაში გამოსაყენებლად.

ქსოვილის ინჟინერიისა და ქსოვილის რეგენერაციის სამი ძირითადი კომპონენტია სიგნალები, ღეროვანი უჯრედები და ხარაჩოები. სიგნალების სპეციფიკა დამოკიდებულია ქსოვილის მორფოგენეზზე და განვითარებად ემბრიონის ინდუქციურ სტიმულებზე. ისინი ჩვეულებრივ მრავლდებიან რეგენერაციის დროს. ძვლის გადანერგვას ქირურგები ას წელზე მეტი ხნის განმავლობაში იყენებდნენ. ურისტმა გააკეთა მთავარი აღმოჩენააჩვენებს, რომ დემინერალიზებული, ყინვაში გამხმარი კურდღლის ალოგენური ძვლის სეგმენტების იმპლანტაციამ გამოიწვია ახალი ძვლის წარმოქმნა. ნაჩვენებია, რომ ძვლის წარმოქმნის სტიმულირება არის თანმიმდევრული, ეტაპობრივი მოქმედება, სადაც მიმდინარეობს სამი ძირითადი ეტაპი - ქიმიოტაქსი, მიტოზი და დიფერენციაცია. ქიმიოტაქსია არის უჯრედების მიმართული მოძრაობა ქიმიური სიგნალების გავლენის ქვეშ, რომლებიც გამოიყოფა დემინერალიზებული ძვლის მატრიციდან. კოლაგენის მატრიცაზე ძვლის ფორმირების უჯრედების მოძრაობა და შემდგომი გადაბმა განისაზღვრება მასში ფიბრონექტინის არსებობით.

უჯრედების პროლიფერაციის პიკი უხსნადი დემინერალიზებული მატრიციდან გამოთავისუფლებული ზრდის სტიმულატორების გავლენის ქვეშ აღინიშნება მესამე დღეს. ხრტილის ფორმირება მაქსიმუმს აღწევს 7-8 დღეს, რასაც მოჰყვება სისხლძარღვთა ინვაზია და მე-9 დღიდან იწყება ოსტეოგენეზი. ძვლის ფორმირება მაქსიმუმს აღწევს 10-12 დღეს, რაც მიუთითებს ტუტე ფოსფატაზას აქტივობაზე. ამას მოჰყვება ოსტეოკალცინის მატება, ძვლის γ-კარბოქსიგლუტამინის მჟავა, რომელიც შეიცავს პროტეინს (BGP). ახლად ჩამოყალიბებული მოუმწიფებელი ძვალი წითლით ივსება ძვლის ტვინი 21 დღის განმავლობაში. დემინერალიზებული ძვალი ძვლის მორფოგენეტიკური ცილების გამოთავისუფლებით, რომლებიც განსაზღვრავენ ძვლის მორფოგენეზის საწყის იმპულსებს, აგრეთვე ძვლის გარდა მრავალი ორგანოს ფორმირებას, როგორიცაა ტვინი, გული, თირკმელები, ფილტვები, კანი და კბილები. ამრიგად, ძვლის მორფოგენეტიკური ცილები შეგვიძლია მივიჩნიოთ, როგორც სხეულის მორფოგენეტიკური ცილები.

ჯ.პ. ფიშერი და ა.ჰ. Reddit, ძვლის ფუნქციური ქსოვილის ინჟინერია: სიგნალები და ხარაჩოები
თარგმანი მარინა ბორისოვას მიერ

ქსოვილის ინჟინერიაარის მედიცინის ახალგაზრდა და განვითარებადი სფერო, რომელიც ხსნის ახალ შესაძლებლობებს კაცობრიობისთვის. პროფესია განკუთვნილია მათთვის, ვინც დაინტერესებულია ქიმიით და ბიოლოგიით (იხ. პროფესიის არჩევა სასკოლო საგნებისადმი ინტერესიდან გამომდინარე).

ამ სტატიაში მოგითხრობთ ქსოვილის ინჟინრის პროფესიაზე - მომავლის ერთ-ერთ პროფესიაზე ამ მიმართულებით.

რა არის ქსოვილის ინჟინერია?

ეს არის მეცნიერება, რომელიც წარმოიშვა შორის საზღვარზე უჯრედის ბიოლოგიაემბრიოლოგია, ბიოტექნოლოგია, ტრანსპლანტოლოგია და სამედიცინო მასალების მეცნიერება.

იგი სპეციალიზირებულია ცოცხალი უჯრედებისგან შექმნილი ორგანოებისა და ქსოვილების ბიოლოგიური ანალოგების შემუშავებაში და მათი ფუნქციების აღდგენას ან შეცვლას აპირებს.

რა არის ქსოვილის ინჟინერი?

ეს არის სპეციალობა, რომელიც უახლოეს მომავალში გახდება მოთხოვნადი. ამ პროფესიონალის პასუხისმგებლობა მოიცავს განვითარებას და მონიტორინგს წარმოების პროცესი, მასალების შერჩევა და ფორმირება აუცილებელი პირობებიქსოვილის ინჟინერიული იმპლანტების (გრაფტების) შესაქმნელად და მათი შემდგომი გადანერგვისთვის. ზოგიერთი ცნობით, ეს პროფესია 2020 წლის შემდეგ დაიწყებს გავრცელებას.

გრაფტის შემუშავება და განხორციელება მოიცავს რამდენიმე ეტაპს:

— პირველ რიგში, აუცილებელია უჯრედების შერჩევა და გაშენება;

— შემდეგ იქმნება უჯრედის მატარებელი (მატრიცა) ბიოთავსებადი მასალების გამოყენებით;

— ამის შემდეგ უჯრედები თავსდება მატრიცაზე და ისინი მრავლდებიან ბიორეაქტორში;

- ბოლოს იმპლანტი თავსდება უფუნქციო ორგანოს მიდამოში. საჭიროების შემთხვევაში, გრაფტი ჯერ შეჰყავთ სისხლმომარაგების ადგილას, რათა მომწიფდეს (ამ პროცესს ასაწყობი ეწოდება).

საწყისი მასალა შეიძლება იყოს ქსოვილის უჯრედები, რომლებიც საჭიროებენ რეგენერაციას, ან ღეროვანი უჯრედები. მატრიცების წარმოებაში შეიძლება გამოყენებულ იქნას სხვადასხვა სახის მასალები (ბიოკომპოზიტური, სინთეზური, ბიოლოგიურად ინერტული, ბუნებრივი პოლიმერი).

სად გამოიყენება გრაფტები?

• ხელოვნური კანის ანალოგების შექმნა, რომლებიც ხელს უწყობენ რეგენერაციას კანიფართო დამწვრობისთვის.
• ქსოვილის ინჟინერიულ იმპლანტებს ასევე დიდი პოტენციალი აქვთ კარდიოლოგიის სფეროში (გულის სარქველების ბიოლოგიური ანალოგები, არტერიების, ვენების და კაპილარების რეკონსტრუქცია).
• გარდა ამისა, ისინი გამოიყენება ხელახლა შექმნისას სასუნთქი სისტემასაჭმლის მომნელებელი ორგანოები, საშარდე სისტემაგარე და შინაგანი სეკრეციის ჯირკვლები.

სად ვისწავლოთ ქსოვილის ინჟინერი გახდეთ

IN ამ მომენტშიჩვენს ქვეყანაში არა საგანმანათლებლო პროგრამებიარსებობს მხოლოდ რამდენიმე ლაბორატორია კვლევით ინსტიტუტებში, რომლებიც სპეციალიზირებულნი არიან ქსოვილის ინჟინერიაში, რომლებიც უზრუნველყოფენ ტრენინგს ამ სპეციალობაში. ამ სფეროში განვითარების მსურველ სპეციალისტებს შეუძლიათ მიიღონ ძირითადი სამედიცინო განათლება. ასევე უნდა გაითვალისწინოთ საზღვარგარეთ სწავლის შესაძლებლობა: ამ სპეციალობის სამაგისტრო პროგრამები აქტიურად ვითარდება აშშ-სა და ევროპაში.

პროფესიონალურად მნიშვნელოვანი თვისებები:

• სისტემატური აზროვნება;
• ინტერდისციპლინურ სფეროში მუშაობის ინტერესი;
• გაურკვევლობის პირობებში მუშაობისთვის მზადყოფნა;
• კვლევის ინტერესი;
• მზადყოფნა გუნდური მუშაობისთვის.

ძირითადი დისციპლინები:

• ბიოლოგია;
• ქიმია;
• ფიზიკა;
• მათემატიკა;
• ინფორმატიკა.

თანამედროვე ქსოვილის ინჟინერიის მიღწევები

ძუძუს ანალოგები შეიქმნა და წარმატებით გამოიყენება ქალის მკერდი, ქსოვილის ინჟინერია შარდის ბუშტიდა შარდსაწვეთები. მიმდინარეობს კვლევა ღვიძლის, ტრაქეისა და ნაწლავის ელემენტების შესაქმნელად.

წამყვანი კვლევითი ლაბორატორიები მუშაობენ კიდევ ერთი ძნელად აღდგენის ხელახლა შექმნაზე ადამიანის ორგანო- კბილი. სირთულე იმაში მდგომარეობს, რომ კბილის უჯრედები ვითარდება რამდენიმე ქსოვილისგან, რომელთა კომბინაციის რეპროდუცირება შეუძლებელია. ამჟამად მხოლოდ კბილების ფორმირების ადრეული ეტაპები არ არის სრულად აღდგენილი.შექმნა ხელოვნური თვალიამჟამად საწყის ეტაპზეა, მაგრამ უკვე შესაძლებელი გახდა მისი ცალკეული მემბრანების ანალოგების - რქოვანას, სკლერისა და ირისის გამომუშავება.

ამავდროულად, კითხვა, თუ როგორ უნდა მოხდეს მათი ინტეგრირება ერთ მთლიანობაში, ღია რჩება.

კიელის უნივერსიტეტის გერმანელ მეცნიერთა ჯგუფმა წარმატებით აღადგინა ქვედა ყბაპაციენტი, თითქმის მთლიანად ამოღებულია სიმსივნის გამო.

პაციენტის ღეროვანი უჯრედები, ძვლის ზრდის ფაქტორებთან ერთად, მოათავსეს მისი ყბის ზუსტ ასლში, რომელიც შეიქმნა ტიტანის ბადისგან. შემდეგ, ინკუბაციური პერიოდის განმავლობაში, ეს სტრუქტურა მოთავსებულია მის კუნთში ქვეშ მარჯვენა მხრის პირი, საიდანაც შემდეგ გადანერგეს პაციენტში.

ჯერ ნაადრევია იმის თქმა, რამდენად ეფექტურად იმუშავებს ასეთი ყბა. თუმცა, ეს არის ძვლის ტრანსპლანტაციის პირველი საიმედო შემთხვევა, რომელიც ფაქტიურად გაიზარდა ადამიანის სხეულში.