Kaulinio audinio ląstelių inžinerija. Skiepų generavimas. Kas yra audinių inžinierius

audinių inžinerija) – tai implantuojamų audinių ir organų kūrimo metodas, naudojant esmines struktūrines-funkcines sąveikas normaliuose ir patologiškai pakitusiuose audiniuose, kad būtų sukurti biologiniai pakaitalai, siekiant atkurti arba pagerinti audinių funkcionavimą. Audinių inžinerijos konstrukcijos yra biomedicinos ląstelių produktas, kuris susideda iš ląstelių (ląstelių linijų), biologiškai suderinamos medžiagos ir pagalbinės medžiagos, ir reiškia bet kokį biomedicininį ląstelių produktą, kurį sudaro ląstelių linija (-ės) ir biologiškai suderinama medžiaga. Sąvoka „biologiškai suderinama medžiaga“ šiame kontekste reiškia bet kokią biologiškai suderinamą natūralios (pvz., skiepų iš ląstelių) arba sintetinės kilmės medžiagą. Pavyzdžiui, tokios medžiagos yra biologiškai suderinami polimerai (polilaktatas ir poligliukonatas), biologiškai suderinami metalai ir lydiniai (titanas, platina, auksas), biologiškai suderinami natūralūs polimerai (kolagenas).

Audinių inžinerijos konstrukcijos naudojamos kuriant biologinius pakaitalus, siekiant atkurti arba pagerinti audinių funkcionavimą. Ląstelės, kaip konstrukcijos komponentas, gali būti gaunamos iš įvairių šaltinių ir gali būti išdėstytos skirtingi etapai diferenciacija nuo menkai diferencijuotų ląstelių iki labai diferencijuotų specializuotų ląstelių. Paruoštos matricos kolonizavimas ląstelėmis yra neatidėliotina šiuolaikinės biomedicinos problema. Tuo pačiu metu matricos paviršiaus savybės turi įtakos ląstelių kolonizacijai, įskaitant ląstelių prisirišimą ir jų dauginimąsi išilgai matricos.

Šiuo metu žinomi audinių inžinerijos konstrukcijų gavimo metodai naudoja ląstelių suspensijos paruošimą ir šios suspensijos fizinį panaudojimą biologiškai suderinamai medžiagai, palaipsniui nusodinant suspensijos kultūrą, suformuojant monosluoksnį ir įdedant medžiagą į tirpalo ilgą laiką pakanka, kad ląstelės prasiskverbtų per visą medžiagos tūrį, taip pat naudojant 3D biospausdinimą. Pasiūlytas įvairių būdų audinių inžinerijos būdu sukurtų tuščiavidurių vidaus organų, tokių kaip šlaplė, šlapimo pūslė, tulžies latakas, trachėja, atitikmenų susidarymas.

Klinikiniai tyrimai[ | ]

Buvo ištirtos audinių inžinerijos konstrukcijos, pagrįstos biologiškai suderinamomis medžiagomis klinikiniai tyrimai pacientams, sergantiems urologinėmis ir dermatologinėmis ligomis.

taip pat žr [ | ]

Pastabos [ | ]

  1. , Fox C. F. Audinių inžinerija: seminaro, vykusio Granlibakken mieste, Tahoe ežere, Kalifornijoje, 1988 m. vasario 26–29 d. – Alanas R. Lissas, 1988 m. – T. 107.
  2. Atala A., Kasper F. K., Mikos A. G. Sudėtingų audinių inžinerija // Mokslo transliacinė medicina. - 2012. - V. 4, Nr. 160. - S. 160rv12. - ISSN 1946-6234. - DOI:10.1126/scitranslmed.3004890.
  3. Vasyutinas I.A., Lundupas A.V., Vinarovas A.Z., Butnaru D.V., Kuznecovas S.L.Šlaplės rekonstrukcija naudojant audinių inžinerijos technologijas. (rusų kalba) // Biuletenis Rusijos akademija medicinos mokslai. - 2017. - T. 72, Nr.1. - 17–25 p. - ISSN 2414-3545. – DOI: 10.15690/vramn771.
  4. Baranovsky D.S., Lundup A.V., Parshin V.D. Funkcinio blakstienoto epitelio gavimas in vitro trachėjos audinių inžinerijai (rusų k.) // Rusijos medicinos mokslų akademijos biuletenis. - 2015. - T. 70, Nr.5. - 561–567 p. - ISSN 2414-3545. – DOI:10.15690/vramn.v70.i5.1442 .
  5. Lawrence'as B. J., Madihally S. V. Ląstelių kolonizacija skaidomose 3D poringose ​​matricose // Ląstelių adhezija ir migracija. - 2008. - T. 2, Nr.1. - 9-16 p.
  6. Mironovas V. ir kt. Organų spausdinimas: kompiuterinė reaktyvinė 3D audinių inžinerija //TRENDS in Biotechnology. - 2003. - T. 21. - Nr. 4. - S. 157-161. doi:

) — naujų audinių ir organų kūrimas terapiniam pažeisto organo atstatymui pristatant atramines struktūras, molekulinius ir mechaninius signalus regeneracijai į norimą sritį.

apibūdinimas

Įprasti implantai iš inertinių medžiagų gali pašalinti tik fizinius ir mechaninius pažeistų audinių defektus. Audinių inžinerijos tikslas – atkurti biologines (medžiagų apykaitos) funkcijas, t.y. audinių regeneraciją, o ne tiesiog pakeisti jį sintetine medžiaga.

Audinių inžinerijos būdu sukurto implanto (transplantato) sukūrimas apima kelis etapus:

  1. savos ar donoro ląstelių medžiagos parinkimas ir auginimas;
  2. specialaus ląstelėms skirto nešiklio (matricos) sukūrimas biologiškai suderinamų medžiagų pagrindu;
  3. ląstelių kultūros pritaikymas matricai ir ląstelių dauginimas bioreaktoriuje su specialios sąlygos auginimas;
  4. tiesioginis transplantato įvedimas į pažeisto organo sritį arba išankstinis įdėjimas į gerai aprūpintą krauju zonoje, kad subrendtų ir susidarytų mikrocirkuliacija transplantato viduje (surengimas).

Ląstelinė medžiaga gali būti regeneruotos audinių ląstelės arba kamieninės ląstelės. Skiepų matricoms sukurti naudojamos biologiškai inertinės sintetinės medžiagos, natūralių polimerų pagrindu pagamintos medžiagos (chitozanas, alginatas, kolagenas), taip pat biokompozitinės medžiagos. Pavyzdžiui, atitikmenys kaulinis audinys gaunamas kryptingai diferencijuojant kaulų čiulpų kamienines ląsteles, virkštelės kraujo arba riebalinis audinys. Tada susidariusiais osteoblastais (jaunomis kaulo ląstelėmis, atsakingomis už jo augimą) užtepamos įvairios medžiagos, palaikančios jų dalijimąsi – donoro kaulas, kolageno matricos, akytasis hidroksiapatitas ir kt. Šiuo metu JAV, Rusijoje plačiai naudojami gyvos odos ekvivalentai, turintys donoro ar savo odos ląstelių. , Italija. Šios konstrukcijos pagerina didelių nudegimų gijimą. Transplantatų kūrimas taip pat vykdomas kardiologijoje (dirbtiniai širdies vožtuvai, didelių kraujagyslių ir kapiliarų tinklų rekonstrukcija); atstatyti kvėpavimo organus (gerklą, trachėją ir bronchus), plonoji žarna, kepenys, šlapimo sistemos organai, liaukos vidinė sekrecija ir neuronai. audinių inžinerijoje metalai naudojami ląstelių augimui kontroliuoti, veikiant magnetiniai laukai skirtinga kryptimi. Pavyzdžiui, tokiu būdu buvo galima sukurti ne tik kepenų struktūrų analogus, bet ir tokias sudėtingas struktūras kaip tinklainės elementai. Taip pat medžiagos, sukurtos naudojant metodą (elektronų pluošto litografija, EBL), suteikia matricų nanodalelių paviršių. efektyvus formavimas kaulų implantai. Dirbtinių audinių ir organų sukūrimas leis atsisakyti daugumos donoro organų transplantacijos, pagerins pacientų gyvenimo kokybę ir išgyvenamumą.

Autoriai

  • Naroditskis Borisas Saveljevičius
  • Nesterenko Liudmila Nikolaevna

Šaltiniai

  1. Nanotechnologijos audinių inžinerijoje // Nanometras. -www.nanometer.ru/2007/10/16/tkanevaa_inzheneria_4860.html
  2. kamieninė ląstelė// Wikipedia, nemokama enciklopedija. www.ru.wikipedia.org/wiki/Stem_cells (prieigos data: 2009-12-10).

Straipsnis konkursui "bio/mol/text": Petras I svajojo „išpjauti langą į Europą“, o mūsų laikų mokslininkai – langą į Europą šiuolaikinė medicina. Derinys „medicina + biotechnologija“ atsispindi audinių inžinerijoje – technologijoje, kuri atveria galimybę atkurti prarastus organus be transplantacijos. Audinių inžinerijos metodai ir rezultatai yra nuostabūs: tai gyvų (o ne dirbtinių!) organų ir audinių gamyba; audinių regeneracija; kraujagyslių spausdinimas 3D spausdintuvu; chirurginių siūlų, kurie „tirpsta“ kūne, naudojimas ir daug daugiau.

Pastaraisiais dešimtmečiais ryškiai išryškėjo nerimą keliančios visuomenės senėjimo tendencijos, ligų skaičiaus didėjimas ir darbingo amžiaus žmonių negalia, kurią būtina skubiai plėtoti ir įgyvendinti klinikinė praktika naujas, efektyvesnis ir prieinamus metodus reabilitacinis gydymas serga. 1 paveiksle parodyta, kaip šiuo metu kinta ligų struktūra.

Iki šiol mokslas ir technologijos siūlo keletą alternatyvių būdų, kaip atkurti arba pakeisti pažeistus ar patologinius audinius ir organus:

  • transplantacija;
  • implantacija;
  • audinių inžinerija.

Šiame straipsnyje mes išsamiau aptarsime audinių inžinerijos galimybes ir perspektyvas.

Audinių inžinerija – moderni inovatyvi technologija

Iš esmės naujas požiūris - ląstelių ir audinių inžinerija- tai naujausias pasiekimas molekulinės ir ląstelių biologijos srityje. Toks požiūris atvėrė plačias perspektyvas kuriant efektyvias biomedicinos technologijas, kurių pagalba jis tampa galimas atsigavimas pažeisti audiniai ir organai bei daugelio sunkių medžiagų apykaitos žmonių ligų gydymas.

Audinių inžinerijos tikslas- gyvų, funkcinių audinių ar organų, esančių už žmogaus kūno ribų, statyba ir auginimas, kad vėliau būtų galima transplantuoti pacientui, siekiant pakeisti pažeistą organą ar audinį arba paskatinti jo regeneraciją. Kitaip tariant, defekto vietoje turi būti atstatytas trimatis audinio struktūra.

Svarbu pažymėti, kad įprasti implantai, pagaminti iš inertinių medžiagų, gali tik pašalinti fizinis ir mechaninis pažeistų audinių trūkumai – priešingai nei inžinerijos būdu gauti audiniai, kurie, be kita ko, atkuria biologinės(medžiagų apykaitos) funkcijos. Tai reiškia, kad audinys yra regeneruojamas, o ne tiesiog pakeičiamas sintetine medžiaga.

Tačiau norint sukurti ir tobulinti audinių inžinerija pagrįstus rekonstrukcinės medicinos metodus, būtina įvaldyti naujas itin funkcines medžiagas. Šios medžiagos, naudojamos bioimplantams kurti, audinių inžinerijos būdu sukurtoms struktūroms turėtų suteikti gyviems audiniams būdingas savybes:

  • gebėjimas savarankiškai gydytis;
  • gebėjimas palaikyti kraujo tiekimą;
  • gebėjimas keisti struktūrą ir savybes, reaguojant į veiksnius aplinkąįskaitant mechaninį įtempimą.

Ląstelės ir matricos – audinių inžinerijos pagrindų pagrindas

Dauguma svarbus elementas sėkmė – tai reikiamo skaičiaus funkciškai aktyvių ląstelių, galinčių diferencijuotis, išlaikyti atitinkamą fenotipą ir atlikti specifines funkcijas. biologines funkcijas. Ląstelių šaltinis gali būti kūno audiniai ir Vidaus organai. Galima naudoti atitinkamas ląsteles iš paciento, kuriam reikalinga rekonstrukcinė terapija, arba iš artimas giminaitis(autogeninės ląstelės). ląstelės gali būti naudojamos įvairios kilmės, įskaitant pirmines (2 pav.) ir kamienines ląsteles (3 pav.).

2 pav. Pirminė žmogaus ląstelė.

Kyokushinkai federacijos biblioteka Južnouralske

pirminės ląstelės- tai subrendusios tam tikro audinio ląstelės, kurios gali būti paimtos tiesiai iš donoro organizmo ( ex vivo) chirurginiu būdu. Jei pirminės ląstelės yra paimtos iš tam tikro donoro organizmo, o vėliau šias ląsteles reikia implantuoti į jį kaip recipientą, implantuoto audinio atmetimo tikimybė atmetama, nes yra didžiausias galimas pirminio imunologinis suderinamumas. ląstelės ir recipientas. Tačiau pirminės ląstelės, kaip taisyklė, nesugeba dalytis - jų dauginimosi ir augimo potencialas yra mažas. Kultivuojant šias ląsteles in vitro(taikant audinių inžineriją) kai kurių tipų ląstelėms galima dediferenciacija, tai yra specifinių, individualių savybių praradimas. Pavyzdžiui, chondrocitai, patekę į kultūrą už kūno ribų, dažnai gamina pluoštinę, o ne skaidrią kremzlę.

Kadangi pirminės ląstelės nesugeba dalytis ir gali prarasti savo specifines savybes, ląstelių inžinerijos technologijoms kurti reikia alternatyvių ląstelių šaltinių. Tokia alternatyva tapo kamieninės ląstelės.

Norint nukreipti organizaciją, palaikyti ląstelių augimą ir diferenciaciją pažeisto audinio atkūrimo procese, reikalingas specialus ląstelių nešiklis - matrica, kuris yra trimatis tinklas, panašus į kempinę ar pemzą (4 pav.). Joms sukurti naudojamos biologiškai inertinės sintetinės medžiagos, natūralių polimerų pagrindu pagamintos medžiagos (chitozanas, alginatas, kolagenas) ir biokompozitai. Pavyzdžiui, kaulinio audinio ekvivalentai gaunami kryptingai diferencijuojant kaulų čiulpų, virkštelės kraujo ar riebalinio audinio kamienines ląsteles į osteoblastus, kurie vėliau naudojami įvairioms jų dalijimąsi palaikančioms medžiagoms (pavyzdžiui, donoro kaului, kolageno matricoms ir kt.).

„Firminė“ audinių inžinerijos strategija

Iki šiol viena iš audinių inžinerijos strategijų yra tokia:

  1. Savo ar donoro kamieninių ląstelių parinkimas ir auginimas.
  2. Specialaus ląstelių nešiklio (matricos) sukūrimas, pagrįstas biologiškai suderinamomis medžiagomis.
  3. Ląstelių kultūros pritaikymas matricai ir ląstelių dauginimas bioreaktoriuje su specialiomis auginimo sąlygomis.
  4. Tiesioginis audinių inžinerijos struktūros įvedimas į pažeisto organo zoną arba išankstinis patalpinimas į gerai aprūpintą krauju zonoje, kad subrendtų ir susidarytų mikrocirkuliacija struktūros viduje (surenkamasis paruošimas).

Matricos visiškai išnyksta praėjus kuriam laikui po implantacijos šeimininko organizme (priklausomai nuo audinių augimo greičio), o defekto vietoje lieka tik naujas audinys. Taip pat galima įvesti matricą su iš dalies suformuotu nauju audiniu („biokompozitas“). Žinoma, po implantacijos audinių inžinerijos būdu sukurta struktūra turi išlaikyti savo struktūrą ir funkcijas tam tikrą laiką, kurio pakaktų normaliai funkcionuojantiems audiniams defekto vietoje atkurti ir integruotis su aplinkiniais audiniais. Deja, idealios matricos, atitinkančios visas būtinas sąlygas, dar nesukurtos.

Kraujagyslės iš spausdintuvo

Perspektyvios audinių inžinerijos technologijos atvėrė galimybę laboratoriškai kurti gyvus audinius ir organus, tačiau mokslas vis dar yra bejėgis prieš kuriant sudėtingus organus. Tačiau palyginti neseniai mokslininkai, vadovaujami daktaro Guntherio Tovaro ( Gunter produktas) iš Fraunhoferio draugijos Vokietijoje padarė didžiulį proveržį audinių inžinerijos srityje – sukūrė kraujagyslių kūrimo technologiją. Tačiau atrodė, kad dirbtinai sukurti kapiliarinių struktūrų neįmanoma, nes jos turi būti lanksčios, elastingos, mažos formos ir tuo pačiu sąveikauti su natūraliais audiniais. Kaip bebūtų keista, bet į pagalbą atėjo gamybos technologijos – greitojo prototipų kūrimo (kitaip tariant, 3D spausdinimo) metodas. Suprantama, kad sudėtingas trimatis modelis (mūsų atveju kraujagyslė) yra atspausdintas ant trimačio rašalinis spausdintuvas naudojant specialų „rašalą“ (5 pav.).

Spausdintuvas užtepa medžiagą sluoksniais, o tam tikrose vietose sluoksniai sujungiami chemiškai. Tačiau pastebime, kad mažiausiems kapiliarams trimačiai spausdintuvai dar nėra pakankamai tikslūs. Šiuo atžvilgiu buvo pritaikytas polimerų pramonėje naudojamas daugiafotoninės polimerizacijos metodas. Trumpi intensyvūs lazerio impulsai, apdorojantys medžiagą, taip stipriai sužadina molekules, kad jos sąveikauja viena su kita, susijungdamos ilgomis grandinėmis. Taip medžiaga polimerizuojasi ir tampa kieta, bet elastinga, kaip ir natūralios medžiagos. Šios reakcijos yra taip valdomos, kad jas galima panaudoti kuriant pačias smulkiausias struktūras pagal trimatį „brėžinį“.

O tam, kad sukurtos kraujagyslės galėtų susijungti su organizmo ląstelėmis, gaminant indus į jas integruojamos modifikuotos biologinės struktūros (pavyzdžiui, heparinas) ir „inkariniai“ baltymai. Kitame etape endotelio ląstelės (vieno sluoksnio plokščių ląstelių sluoksnis vidinis paviršius kraujagysles) – kad kraujo komponentai nepriliptų prie sienelių kraujagyslių sistema ir laisvai juo gabenamas.

Tačiau prieš tai, kai laboratorijoje išauginti organai gali būti implantuojami jų pačių kraujagyslės, praeis kiek laiko.

Nagi, Rusija, eik!

Be klaidingo kuklumo galime pasakyti, kad ir Rusijoje tam sukurtas mokslinis pagrindas praktinis pritaikymas naujos kartos biomedicininės medžiagos. Įdomią plėtrą pasiūlė jauna mokslininkė iš Krasnojarsko Jekaterina Igorevna Shishatskaya (6 pav.) - tirpus biologiškai suderinamas polimeras. bioplastotanas. Savo vystymosi esmę ji paaiškina paprastai: „Šiuo metu praktikai jaučia didelį medžiagų, galinčių pakeisti segmentus, trūkumą Žmogaus kūnas. Pavyko susintetinti unikalią medžiagą, galinčią pakeisti žmogaus organų ir audinių elementus.. Jekaterinos Igorevnos tobulėjimas pirmiausia bus pritaikytas chirurgijoje. „Paprasčiausi yra, pavyzdžiui, iš mūsų polimero pagaminti siūlai, kurie žaizdai užgijus ištirpsta.- sako Shishatskaya. - Taip pat galite padaryti specialius įdėklus į kraujagysles – stentus. Tai maži tuščiaviduriai vamzdeliai, naudojami indui išplėsti. Praėjus kuriam laikui po operacijos indas atstatomas, polimero pakaitalas ištirpsta. .

Pirmoji audinių inžinerijos konstrukcijos transplantacijos patirtis klinikoje

7 pav. Paolo Macchiarini, kurios meistriškumo kursai „Ląstelių technologijos audinių inžinerijai ir organų auginimui“ vyko Maskvoje 2010 m.

2008 m. rudenį Barselonos universiteto (Ispanija) klinikos ir Hanoverio medicinos mokyklos (Vokietija) vadovas profesorius Paolo Macchiarini ( Paolo Macchiarini; ryžių. 7) atlikta pirmoji sėkminga trachėjos bioinžinerijos atitikmens transplantacija pacientui, sergančiam 3 cm pagrindinio kairiojo broncho stenoze (8 pav.).

Kaip būsimojo transplantato matrica buvo paimtas 7 cm ilgio lavoninės trachėjos segmentas. jungiamasis audinys, donoro ląstelės ir histokompatibilumo antigenai. Valymas susideda iš 25 devitalizacijos ciklų, naudojant 4% natrio deoksicholatą ir dezoksiribonukleazę I (procesas truko 6 savaites). Po kiekvieno devitalizacijos ciklo buvo atliktas audinių histologinis tyrimas, siekiant nustatyti likusių branduolių turinčių ląstelių skaičių, taip pat imunohistocheminis tyrimas, siekiant nustatyti histokompatibilumo antigenus HLA-ABC, HLA-DR, HLA-DP ir HLA-. DQ audinyje. Naudodami savos konstrukcijos bioreaktorių (9 pav.), mokslininkai švirkštu tolygiai užtepė ląstelių suspensiją ant lėtai besisukančio trachėjos segmento paviršiaus. Tada transplantatas, pusiau panardintas į auginimo terpę, sukasi aplink savo ašį, kad pakaitomis liestų ląsteles su terpe ir oru.

9 pav. Bioreaktorius, skirtas sukurti audinių inžinerijos būdu sukurtą trachėjos atitikmenį. A- bioreaktoriaus schema, vaizdas iš šono. B- bioreaktoriaus sandarinimas. V- bioreaktorius su audinių inžinerijos trachėjos ekvivalentu savo vietoje. G- bioreaktorius pašalinus trachėjos ekvivalentą. D- trachėjos atitikmens vaizdas prieš pat operaciją.

Trachėjos ekvivalentas buvo bioreaktoriuje 96 valandas; tada jis buvo persodintas pacientui. Operacijos metu buvo visiškai pašalintas pagrindinis kairysis bronchas ir trachėjos dalis, prie kurios jis prigludo. Į susidariusį tarpą buvo susiūtas transplantatas, o tam tikras neatitikimas tarp audinių inžinerijos būdu sukurto ekvivalento ir recipiento broncho spindžio skersmenų buvo įveiktas dėl donorinio audinio elastingumo.

Praėjus dešimčiai dienų po operacijos, pacientas buvo išleistas iš ligoninės be jokių simptomų. kvėpavimo takų sutrikimas ir transplantato atmetimo imuninis atsakas. Pagal Kompiuterizuota tomografija, kurios pagalba buvo atlikta virtuali 3D rekonstrukcija kvėpavimo takai, audinių inžinerijos atitikmuo praktiškai nesiskyrė nuo paties paciento bronchų (10 pav.).

;. Kasdieninis paštas;
  • „Pirmoji sėkminga audinių inžinerijos trachėjos transplantacija klinikoje“. (2008). “ Genai ir ląstelės».

    • audinių inžinerija yra mokslas apie audinių, įskaitant kaulų ir kitus skeleto ir raumenų audinius, projektavimą ir gamybą. Tiek audinių inžinerija, tiek morfogenezė yra pagrįsti trimis komponentais – morfogenetiniais signalais, kompetentingomis kamieninėmis ląstelėmis ir karkaso struktūromis. Skeleto ir raumenų audinių atkūrimas apibendrina ir embriono vystymąsi, ir morfogenezę. Morfogenezė yra auganti mokslų grupė, tirianti struktūrų formavimąsi, bendra struktūra kūnas pakeliui į suaugusiųjų funkcionavimą.

    Todėl morfogenezėje dalyvaujantys impulsai turi būti naudojami kaulinio audinio inžinerijoje. Morfogenetiniai kaulų baltymai atlieka plačiai nukreiptą (pleiotropinę) funkciją pirminiame struktūrų formavime, ląstelių diferenciacijoje ir kaulų bei sąnarių kremzlių atstatyme. Kaulo gebėjimas keistis (kuriamasis gebėjimas) priklauso nuo morfogenetinių kaulo baltymų kaulų matricoje. Kaulų morfogenetiniai baltymai veikia per receptorius ir Smads 1, 5 ir 8, kad stimuliuotų kremzlių ir kaulų ląstelių linijas. Audinių inžinerijos būdu sukurto kaulo ir kremzlės homeostazė priklauso nuo tarpląstelinės matricos ir biomechanikos išlaikymo. Kaulų morfogenetinių baltymų naudojimas genų terapija o kamieninių ląstelių išskyrimas tarpląstelinės matricos biomimetinėse karkaso struktūrose lemia kaulinio audinio funkcionalumą. Apibendrinant reikėtų pažymėti, kad mūsų laikas yra įdomių atradimų metas funkcinės audinių inžinerijos, kaulų impulsų, pastolių struktūrų ir kamieninių ląstelių srityje.

    Viena iš problemų, su kuria susiduria chirurgas ortopedas, yra didelio skeleto kaulo segmento, pažeisto dėl jo pašalinimo, atstatymas ir atstatymas. piktybinis navikas kaulų ar traumų. Nors alogeninis transplantatas dideliems kaulo segmentams vis labiau pripažįstamas, jo trūkumas yra galimas įtrūkimas. Kaulų lūžių problema pacientams, sergantiems osteoporoze po menopauzės, krūties vėžio sukeltų metastazių ar prostatos o dėl medžiagų apykaitos sutrikimų, tokių kaip diabetas, reikia taikyti audinių inžinerijos principus kaulams.

    Audinių inžinerija yra naujų audinių projektavimo ir gamybos mokslas, skirtas funkciniam atkūrimui. pažeisti organai ir dėl vėžio prarastų kūno dalių pakeitimas, įvairios ligos ir traumų. Tarp daugelio kūno audinių kaulai pasižymi dideliu gebėjimu atsinaujinti, todėl apskritai yra audinių inžinerijos principų etalonas. Artimiausiu metu sukaupus žinias audinių inžinerijos srityje, bus sukurti kauliniai implantai su nurodytais parametrais, skirti naudoti ortopedinėje chirurgijoje.

    Trys pagrindiniai audinių inžinerijos ir audinių regeneracijos komponentai yra signalai, kamieninės ląstelės ir karkasai. Signalų specifiškumas priklauso nuo audinių morfogenezės ir indukcinių dirgiklių besivystančiame embrione. Paprastai jie dauginasi regeneracijos metu. Kaulų transplantatus chirurgai naudoja daugiau nei šimtą metų. Urist padarė pagrindinis atradimas parodyta, kad demineralizuotų, šalčiu džiovintų triušio alogeninių kaulų segmentų implantavimas sukėlė naujų kaulų formavimąsi. Įrodyta, kad kaulų formavimosi stimuliavimas yra nuoseklus, žingsnis po žingsnio veiksmas, kuriame vyksta trys pagrindiniai etapai – chemotaksė, mitozė ir diferenciacija. Chemotaksė – tai nukreiptas ląstelių judėjimas, veikiamas cheminių signalų, išsiskiriančių iš demineralizuotos kaulo matricos. Kaulą formuojančių ląstelių judėjimą ir vėlesnį sukibimą ant kolageno matricos lemia fibronektino buvimas joje.

    Ląstelių proliferacijos pikas, veikiant augimo stimuliatoriams, išsiskiriantiems iš netirpios demineralizuotos matricos, stebimas trečią dieną. Kremzlės formavimasis pasiekia maksimumą 7-8 dienomis, po to invazija į kraujagysles, o nuo 9 dienos stebima osteogenezė. Kaulų susidarymo pikas pasiekia 10–12 dieną, kaip rodo šarminės fosfatazės aktyvumas. Po to padidėja osteokalcino, kaulų γ-karboksiglutamo rūgšties turinčio baltymo (BGP), tūris. Naujai susiformavęs nesubrendęs kaulas užpildytas raudona spalva kaulų čiulpai iki 21 dienos. Demineralizuotas kaulas išsiskiriant kaulų morfogenetiniams baltymams, kurie lemia pradinius impulsus kaulų morfogenezei, taip pat daugelio organų, tokių kaip smegenys, širdis, inkstai, plaučiai, oda ir dantys, formavimąsi, be kaulų. Todėl kaulų morfogenetinius baltymus galima traktuoti kaip morfogenetinius organizmo baltymus.

    J.P. Fisheris ir A.H. Reddi, Funkcinė kaulų inžinerija: signalai ir pastoliai
    Vertimas Borisova Marina

    audinių inžinerija yra jauna ir besivystanti medicinos sritis, atverianti žmonijai naujas galimybes. Profesija tinka tiems, kurie domisi chemija ir biologija (domėjimąsi mokykliniais dalykais žr. profesijos pasirinkimą).

    Šiame straipsnyje mes jums pasakysime apie audinių inžinerijos profesiją, vieną iš ateities profesijų šia kryptimi.

    Kas yra audinių inžinerija?

    Tai mokslas, atsiradęs tarp ribos ląstelių biologija, embriologija, biotechnologijos, transplantologija ir medicininių medžiagų mokslas.

    Ji specializuojasi organų ir audinių biologinių analogų, sukurtų iš gyvų ląstelių ir skirtų atkurti arba pakeisti jų funkcijas, kūrime.

    Kas yra audinių inžinierius?

    Tai specialybė, kuri artimiausiu metu bus paklausi. Šio specialisto pareigos apima tobulinimą ir kontrolę gamybos procesas, medžiagų parinkimas ir formavimas būtinas sąlygas sukurti audinių inžinerijos būdu sukurtus implantus (transplantatus) ir tolesnę jų transplantaciją. Remiantis kai kuriais pranešimais, ši profesija pradės plisti po 2020 m.

    Transplantato kūrimas ir įgyvendinimas apima kelis etapus:

    - pirma, būtina atrinkti ir kultivuoti ląsteles;

    – tada naudojant biologiškai suderinamas medžiagas sukuriamas ląstelės nešiklis (matrica);

    – po to ląstelės dedamos ant matricos ir dauginamos bioreaktoriuje;

    Galiausiai implantas įdedamas į neveikiančio organo sritį. Jei reikia, prieš tai transplantatas įvedamas į vietą, kurioje yra geras aprūpinimas krauju jo brendimui (šis procesas vadinamas paruošimu).

    Pradinė medžiaga gali būti audinių ląstelės, kurias reikia regeneruoti, arba kamieninės ląstelės. Matricų gamyboje gali būti naudojamos įvairių rūšių medžiagos (biokompozitas, sintetiniai biologiškai inertiški, natūralūs polimerai).

    Kur naudojami skiepai?

    • Dirbtinių odos analogų, padedančių atsinaujinti, kūrimas oda su dideliais nudegimais.
    • Audinių inžinerijos būdu sukurti implantai taip pat turi didelį potencialą kardiologijos srityje (biologiniai širdies vožtuvų analogai, arterijų, venų ir kapiliarų rekonstrukcija).
    • Be to, jie naudojami atkuriant Kvėpavimo sistema, virškinimo organai, šlapimo organų sistema, išorinės ir vidinės sekrecijos liaukos.

    Kur studijuoti audinių inžinieriumi

    V Šis momentas ne mūsų šalyje edukacinės programos kurios rengia šios specialybės mokymus, yra tik keletas laboratorijų mokslinių tyrimų institutuose, kurių specializacija yra audinių inžinerija. Specialistai, norintys tobulėti šioje srityje, gali gauti pagrindinį medicininis išsilavinimas. Taip pat reikėtų apsvarstyti galimybę studijuoti užsienyje: šios specialybės magistrantūros programos aktyviai vystomos JAV ir Europoje.

    Profesiškai svarbios savybės:

    • sisteminis mąstymas;
    • domėjimasis darbu tarpdisciplininėje srityje;
    • pasirengimas dirbti netikrumo sąlygomis;
    • susidomėjimas moksliniais tyrimais;
    • įsipareigojimas komandiniam darbui.

    Pagrindinės disciplinos:

    • biologija;
    • chemija;
    • fizika;
    • matematika;
    • Informatika.

    Šiuolaikinės audinių inžinerijos pasiekimai

    Sukurti ir sėkmingai pritaikyti spenelių analogai moteriška krūtinė, audinių inžinerija šlapimo pūslė ir šlapimtakių. Vykdomi kepenų, trachėjos ir žarnyno elementų kūrimo tyrimai.

    Pirmaujančios tyrimų laboratorijos stengiasi atkurti dar vieną sunkiai pataisomą objektą žmogaus organas- dantis. Sunkumas slypi tame, kad danties ląstelės vystosi iš kelių audinių, kurių derinio nepavyko atkurti. Šiuo metu iki galo nėra atkurtos tik ankstyvosios danties formavimosi stadijos.Kūrimas dirbtinė akisšiuo metu yra pradinėje stadijoje, tačiau jau pavyko sukurti analogus atskiroms jos membranoms – ragenai, sklerai, rainelei.

    Tuo pačiu lieka atviras klausimas, kaip juos integruoti į vientisą visumą.

    Vokiečių mokslininkų grupei iš Kylio universiteto pavyko sėkmingai atkurti apatinis žandikaulis pacientas, beveik visiškai pašalintas dėl naviko.

    Paciento kamieninės ląstelės kartu su kaulų augimo faktoriais buvo patalpintos į tikslią jo žandikaulio kopiją, sukurtą iš titano tinklelio. Tada inkubaciniam laikotarpiui šis konstruktas 8 savaitėms buvo įdėtas į jo raumenis dešinės mentės iš kur vėliau buvo persodintas ligoniui.

    Apie tai, kaip efektyviai veiks toks žandikaulis, kalbėti dar anksti. Tačiau tai pirmasis patikimas kaulų persodinimo atvejis, tiesiogine prasme išaugintas žmogaus kūne.

    Įkeliama...Įkeliama...