Doku mühendisliği yapıları, dokuların işleyişini onarmak veya iyileştirmek için biyolojik ikamelerin yaratılmasında kullanılır. Hücreler, yapının bir bileşeni olarak çeşitli kaynaklardan elde edilebilir ve Farklı aşamalar zayıf farklılaşmış hücrelerden yüksek düzeyde farklılaşmış özelleşmiş hücrelere farklılaşma. Hazırlanan matrisin hücreler tarafından kolonizasyonu, modern biyotıbbın acil bir sorunudur. Aynı zamanda, matris yüzeyinin özellikleri, hücre tutunması ve matris boyunca çoğalmaları dahil olmak üzere hücre kolonizasyonunu etkiler.
Doku mühendisliği yapılarını elde etmek için şu anda bilinen yöntemler, bir hücre süspansiyonunun hazırlanmasını ve bu süspansiyonun biyouyumlu bir malzemeye fiziksel olarak uygulanmasını, süspansiyon kültürünün bir tek tabaka oluşumu ile aşamalı olarak çökeltilmesi ve malzemenin içine yerleştirilmesiyle kullanılır. 3D biyobaskı kullanmanın yanı sıra malzemenin tüm hacmi boyunca hücre penetrasyonu için yeterli uzun bir süre için çözüm. sunulan çeşitli yollarüretra, mesane, safra kanalı, trakea gibi içi boş iç organların doku mühendisliği ile üretilmiş eşdeğerlerinin oluşumu.
Klinik araştırmalar[ | ]
Biyouyumlu malzemelere dayalı doku mühendisliği yapıları, klinik araştırmaürolojik ve dermatolojik hastalıkları olan hastalarda.
Ayrıca bakınız [ | ]
notlar [ | ]
- , Fox C. F. Doku mühendisliği: Granlibakken, Lake Tahoe, California'da düzenlenen bir çalıştayın tutanakları, 26-29 Şubat 1988. - Alan R. Liss, 1988. - T. 107.
- Atala A. , Kasper F.K., Mikos A.G. Mühendislik karmaşık dokuları // Bilim çeviri tıbbı. - 2012. - V. 4, Sayı 160. - S. 160rv12. - ISSN 1946-6234. - DOI:10.1126/scitranslmed.3004890.
- Vasyutin I.A., Lundup A.V., Vinarov A.Z., Butnaru D.V., Kuznetsov S.L. Doku mühendisliği teknolojileri kullanılarak üretranın yeniden yapılandırılması. (Rusça) // Bülten Rus Akademisi Tıp Bilimleri. - 2017. - T. 72, No. 1. - s. 17–25. - ISSN 2414-3545. - DOI:10.15690/vramn771.
- Baranovsky D.S., Lundup A.V., Parshin V.D. Trakeanın doku mühendisliği için in vitro fonksiyonel siliyer epitel elde edilmesi (Rusça) // Rusya Tıp Bilimleri Akademisi Bülteni. - 2015. - T. 70, No. 5. - s. 561–567. - ISSN 2414-3545. - DOI:10.15690/vramn.v70.i5.1442 .
- Lawrence B.J., Madihally S.V. Parçalanabilir 3B gözenekli matrislerde hücre kolonizasyonu // Hücre yapışması ve göçü. - 2008. - Cilt 2, Sayı 1. - s. 9-16.
- Mironov V. et al. Organ baskısı: bilgisayar destekli jet tabanlı 3D doku mühendisliği //Biyoteknolojide TRENDLER. - 2003. - T. 21. - Hayır. 4. - S. 157-161. doi:
) — Arzu edilen bölgeye rejenerasyon için destekleyici yapılar, moleküler ve mekanik sinyaller ileterek hasarlı bir organın terapötik rekonstrüksiyonu için yeni doku ve organların oluşturulması.
Açıklama
İnert malzemelerden yapılan sıradan implantlar, yalnızca hasarlı dokuların fiziksel ve mekanik kusurlarını ortadan kaldırabilir. Doku mühendisliğinin amacı, biyolojik (metabolik) fonksiyonları, yani doku rejenerasyonunu geri kazandırmaktır, sadece sentetik bir materyalle değiştirmek değil.
Doku mühendisliği ile üretilmiş bir implantın (greft) oluşturulması birkaç aşamadan oluşur:
- kendi veya donör hücre materyalinin seçimi ve ekimi;
- biyouyumlu malzemelere dayalı hücreler için özel bir taşıyıcının (matris) geliştirilmesi;
- ile bir biyoreaktörde hücre kültürünün matrise uygulanması ve hücre çoğalması Özel durumlar yetiştirme;
- greftin etkilenen organ bölgesine doğrudan yerleştirilmesi veya greft içinde olgunlaşma ve mikro sirkülasyon oluşumu için kanla iyi sağlanan bir alana ön yerleştirme (prefabrikasyon).
Hücresel malzeme, rejenere doku hücreleri veya kök hücreler olabilir. Greft matrisleri oluşturmak için biyolojik olarak inert sentetik malzemeler, doğal polimerlere (kitosan, aljinat, kollajen) dayalı malzemeler ve ayrıca biyokompozit malzemeler kullanılır. Örneğin, eşdeğerleri kemik dokusu kemik iliği kök hücrelerinin yönlendirilmiş farklılaşmasıyla elde edilir, kordon kanı veya yağ dokusu. Daha sonra ortaya çıkan osteoblastlar (büyümesinden sorumlu genç kemik hücreleri) bölünmelerini destekleyen çeşitli materyallere uygulanır - donör kemik, kollajen matrisler, gözenekli hidroksiapatit, vb. Donör veya kendi cilt hücrelerini içeren canlı cilt eşdeğerleri şu anda yaygın olarak kullanılmaktadır ABD, Rusya , İtalya. Bu tasarımlar, geniş yanıkların iyileşmesini iyileştirir. Greftlerin gelişimi kardiyolojide de gerçekleştirilir (yapay kalp kapakçıkları, büyük damarların ve kılcal ağların yeniden yapılandırılması); solunum organlarını (gırtlak, trakea ve bronşlar) eski haline getirmek için, ince bağırsak, karaciğer, üriner sistem organları, bezler iç salgı ve nöronlar. doku mühendisliğindeki metaller, maruziyet yoluyla hücre büyümesini kontrol etmek için kullanılır. manyetik alanlar farklı yön. Örneğin, bu şekilde sadece karaciğer yapılarının analoglarını değil, aynı zamanda retinanın elemanları gibi karmaşık yapıları da oluşturmak mümkün oldu. Ayrıca, yöntem (elektron ışını litografisi, EBL) kullanılarak oluşturulan malzemeler, matrislerin nano ölçekli yüzeyini sağlar. etkili oluşum kemik implantları. Yapay doku ve organların oluşturulması, donör organlarının çoğunun transplantasyonunu reddetmeyi mümkün kılacak, hastaların yaşam kalitesini ve sağkalımını iyileştirecektir.
Yazarlar
- Naroditsky Boris Savelievich
- Nesterenko Ludmila Nikolaevna
Kaynaklar
- Doku mühendisliğinde nanoteknolojiler // Nanometre. -www.nanometer.ru/2007/10/16/tkanevaa_inzheneria_4860.html
- kök hücre// Wikipedia, özgür ansiklopedi www.ru.wikipedia.org/wiki/Stem_cells (erişim tarihi: 10/12/2009).
"bio/mol/text" yarışması için makale: Peter "Avrupa'ya bir pencere kesmeyi" ve zamanımızın bilim adamlarını hayal ettim - bir pencere modern tıp. "Tıp + biyoteknoloji" kombinasyonu, kaybedilen organların transplantasyon olmadan restore edilmesi olasılığını açan bir teknoloji olan doku mühendisliğine yansır. Doku mühendisliğinin yöntemleri ve sonuçları şaşırtıcıdır: canlı (yapay değil!) organ ve dokuların üretimidir; doku rejenerasyonu; 3D yazıcıda kan damarlarının yazdırılması; vücutta “eriyen” cerrahi dikişlerin kullanımı ve çok daha fazlası.
Son yıllarda, nüfusun yaşlanmasında endişe verici eğilimler, çalışma çağındaki insanların hastalık ve sakatlık sayısındaki artış, acilen geliştirilmesi ve uygulanması gereken açıkça ortaya çıkmıştır. klinik uygulama yeni, daha verimli ve mevcut yöntemler rehabilitasyon tedavisi hasta. Şekil 1, hastalıkların yapısının şu anda nasıl değiştiğini göstermektedir.
Bugüne kadar bilim ve teknoloji, hasarlı veya patolojik doku ve organları onarmak veya değiştirmek için çeşitli alternatif yollar sunmaktadır:
- transplantasyon;
- implantasyon;
- doku mühendisliği.
Bu yazıda, doku mühendisliğinin olasılıkları ve beklentileri üzerinde daha ayrıntılı olarak duracağız.
Doku mühendisliği - modern yenilikçi teknoloji
temelde yeni yaklaşım - hücre ve doku mühendisliği- moleküler ve hücresel biyoloji alanındaki en son başarıdır. Bu yaklaşım, yardımıyla etkili biyomedikal teknolojilerin yaratılması için geniş umutlar açtı. olası kurtarma hasarlı doku ve organlar ve bir dizi ciddi metabolik insan hastalığının tedavisi.
Doku mühendisliğinin amacı- Hasarlı bir organ veya dokuyu değiştirmek veya yenilenmesini teşvik etmek amacıyla daha sonra bir hastaya nakledilmek üzere insan vücudu dışında yaşayan, fonksiyonel doku veya organların inşası ve yetiştirilmesi. Başka bir deyişle, kusur yerinde restore edilmelidir 3 boyutlu kumaş yapısı.
İnert malzemelerden yapılmış konvansiyonel implantların sadece fiziksel ve mekanik hasarlı dokuların eksiklikleri - diğer şeylerin yanı sıra restore eden mühendislikle elde edilen dokuların aksine, biyolojik(metabolik) fonksiyonlar. Yani doku yenilenir ve basitçe sentetik malzeme ile değiştirilmez.
Bununla birlikte, doku mühendisliğine dayalı rekonstrüktif tıp yöntemlerinin geliştirilmesi ve iyileştirilmesi için, son derece işlevsel yeni malzemelerde uzmanlaşmak gerekir. Biyoimplant oluşturmak için kullanılan bu malzemeler, doku mühendisliği yapılmış yapılara canlı dokuların doğasında bulunan özellikleri vermelidir:
- kendini iyileştirme yeteneği;
- kan akışını sürdürme yeteneği;
- Faktörlere yanıt olarak yapı ve özellikleri değiştirme yeteneği Çevre mekanik stres dahil.
Hücreler ve matrisler - doku mühendisliğinin temellerinin temeli
Çoğu önemli unsur başarı, farklılaşma, uygun fenotipi sürdürme ve spesifik performans gösterme yeteneğine sahip gerekli sayıda fonksiyonel olarak aktif hücrenin varlığıdır. biyolojik fonksiyonlar. Hücrelerin kaynağı vücut dokuları ve iç organlar. Rekonstrüktif tedaviye ihtiyaç duyan bir hastadan veya bir hastadan uygun hücrelerin kullanılması mümkündür. yakın akraba(otojen hücreler). hücreler kullanılabilir çeşitli kökenler, birincil (Şekil 2) ve kök hücreler (Şekil 3) dahil.
Şekil 2. Birincil insan hücresi.
Yuzhnouralsk'taki Kyokushinkai Federasyonu Kütüphanesi
birincil hücreler- bunlar, doğrudan bir donör organizmadan alınabilen belirli bir dokunun olgun hücreleridir ( ex vivo) cerrahi olarak. Birincil hücreler belirli bir donör organizmadan alınırsa ve daha sonra bu hücrelerin bir alıcı olarak ona implante edilmesi gerekiyorsa, implante edilen dokunun reddedilme olasılığı, birincil hücrelerin maksimum olası immünolojik uyumluluğu olduğu için hariç tutulur. ve alıcı. Bununla birlikte, kural olarak, birincil hücreler bölünemez - üreme ve büyüme potansiyelleri düşüktür. Bu hücreleri yetiştirirken laboratuvar ortamında(doku mühendisliği yoluyla) bazı hücre türleri için farklılaşma, yani spesifik, bireysel özelliklerin kaybı mümkündür. Örneğin, kültüre vücut dışından katılan kondrositler, genellikle şeffaf kıkırdaktan ziyade lifli kıkırdak üretir.
Primer hücreler bölünemezler ve spesifik özelliklerini kaybederler, hücre mühendisliği teknolojilerinin geliştirilmesi için alternatif hücre kaynaklarına ihtiyaç vardır. Kök hücreler böyle bir alternatif haline geldi.
Organizasyonu yönlendirmek, hasarlı dokunun yeniden inşası sürecinde hücrelerin büyümesini ve farklılaşmasını sürdürmek için özel bir hücre taşıyıcısına ihtiyaç vardır - matris sünger veya pomza taşına benzer üç boyutlu bir ağdır (Şek. 4). Bunları oluşturmak için biyolojik olarak inert sentetik malzemeler, doğal polimerlere (kitosan, aljinat, kollajen) ve biyokompozitlere dayalı malzemeler kullanılır. Örneğin, kemik dokusu eşdeğerleri, kemik iliği, kordon kanı veya yağ dokusu kök hücrelerinin osteoblastlara yönlendirilmiş farklılaşmasıyla elde edilir, bunlar daha sonra bölünmelerini destekleyen çeşitli materyallere (örneğin, donör kemik, kollajen matrisleri, vb.) .
"Markalı" doku mühendisliği stratejisi
Bugüne kadar, doku mühendisliği stratejilerinden biri aşağıdaki gibidir:
- Kendi veya donör kök hücrelerinin seçimi ve ekimi.
- Biyouyumlu malzemelere dayalı özel bir hücre taşıyıcısının (matris) geliştirilmesi.
- Hücre kültürünün bir matrise uygulanması ve özel yetiştirme koşullarına sahip bir biyoreaktörde hücre çoğalması.
- Etkilenen organın alanına doku mühendisliği yapılmış bir yapının doğrudan sokulması veya olgunlaşma ve yapı içinde mikro sirkülasyon oluşumu için kanla iyi sağlanan bir alana ön yerleştirme (prefabrikasyon).
Matrisler, konakçı organizmaya implantasyondan bir süre sonra (doku büyüme hızına bağlı olarak) tamamen kaybolur ve kusur bölgesinde sadece yeni doku kalır. Kısmen oluşturulmuş yeni bir dokuya ("biyokompozit") sahip bir matris eklemek de mümkündür. Elbette, implantasyondan sonra doku mühendisliği yapısı, defekt bölgesinde normal işleyen dokuyu restore etmeye ve çevre dokularla bütünleşmeye yetecek bir süre boyunca yapısını ve işlevlerini korumalıdır. Ancak ne yazık ki, gerekli tüm koşulları sağlayan ideal matrisler henüz oluşturulamamıştır.
Yazıcıdan kan damarları
Gelecek vaat eden doku mühendisliği teknolojileri, canlı doku ve organların laboratuvar ortamında yaratılması olasılığını ortaya çıkarmıştır, ancak bilim, karmaşık organların yaratılmasından önce hala güçsüzdür. Ancak, nispeten yakın zamanda, Dr. Gunther Tovar liderliğindeki bilim adamları ( Günter Ürün) Almanya'daki Fraunhofer Derneği'nden doku mühendisliği alanında büyük bir atılım yaptı - kan damarları oluşturma teknolojisini geliştirdiler. Ancak esnek, elastik, küçük şekilli olmaları ve aynı zamanda doğal dokularla etkileşime girmeleri gerektiğinden yapay olarak kılcal yapılar oluşturmanın imkansız olduğu görülüyordu. İşin garibi, ancak üretim teknolojileri kurtarmaya geldi - hızlı prototipleme yöntemi (başka bir deyişle 3D baskı). Karmaşık bir üç boyutlu modelin (bizim durumumuzda bir kan damarı) üç boyutlu bir kağıt üzerine basıldığı anlaşılmaktadır. mürekkep püskürtmeli yazıcıözel "mürekkep" kullanarak (Şek. 5).
Yazıcı, malzemeyi katmanlar halinde uygular ve belirli yerlerde katmanlar kimyasal olarak birleştirilir. Ancak, en küçük kılcal damarlar için üç boyutlu yazıcıların henüz yeterince doğru olmadığını not ediyoruz. Bu bağlamda polimer endüstrisinde kullanılan multifoton polimerizasyon yöntemi uygulanmıştır. Malzemeyi işleyen kısa yoğun lazer darbeleri, molekülleri o kadar güçlü bir şekilde uyarır ki, uzun zincirler halinde bağlanarak birbirleriyle etkileşime girerler. Böylece malzeme polimerleşir ve sertleşir, ancak doğal malzemeler gibi elastik hale gelir. Bu reaksiyonlar o kadar kontrol edilebilir ki, üç boyutlu bir "çizim"e göre en küçük yapıları oluşturmak için kullanılabilirler.
Ve yaratılan kan damarlarının vücudun hücreleriyle kenetlenebilmesi için, damarların üretimi sırasında değiştirilmiş biyolojik yapılar (örneğin heparin) ve “çapa” proteinleri bunlara entegre edilir. Bir sonraki aşamada, endotel hücreleri (tek katmanlı bir düz hücre tabakası) iç yüzey kan damarları) - kan bileşenlerinin duvarlara yapışmaması için dolaşım sistemi ve boyunca serbestçe taşınır.
Ancak, laboratuvarda yetiştirilen organlar aslında kendi organlarıyla implante edilmeden önce kan damarları, biraz zaman geçecek.
Haydi Rusya, hadi!
Sahte tevazu olmadan, Rusya'da da bunun için bilimsel bir temel oluşturulduğunu söyleyebiliriz. pratik uygulama yeni nesil biyomedikal malzemeler. Krasnoyarsk Ekaterina Igorevna Shishatskaya'dan genç bir bilim adamı tarafından ilginç bir gelişme önerildi (Şekil 6) - çözünür biyouyumlu bir polimer biyoplastotan. Gelişiminin özünü basitçe şöyle açıklıyor: "Şu anda, uygulayıcılar, bölümlerin yerini alabilecek büyük bir malzeme sıkıntısı yaşıyorlar. insan vücudu. İnsan organlarının ve dokularının elementlerinin yerini alabilecek eşsiz bir materyali sentezlemeyi başardık.”. Ekaterina Igorevna'nın gelişimi, her şeyden önce ameliyatta uygulama bulacaktır. "En basiti, örneğin polimerimizden yapılan ve yara iyileştikten sonra eriyen dikişlerdir.- Shishatskaya diyor. - Damarlara - stentlere özel ekler de yapabilirsiniz. Bunlar, kabı genişletmek için kullanılan küçük içi boş tüplerdir. Ameliyattan bir süre sonra, kap restore edilir ve polimer ikamesi çözülür. .
Klinikte doku mühendisliği yapılmış bir yapının ilk transplantasyonu deneyimi
Şekil 7. Paolo Macchiarini 2010 yılında Moskova'da "Doku Mühendisliği ve Büyüyen Organlar için Hücre Teknolojileri" ana sınıfı düzenlenen .
2008 sonbaharında, Barselona Üniversitesi (İspanya) ve Hannover Tıp Okulu (Almanya) klinik başkanı Profesör Paolo Macchiarini ( Paolo Macchiarini; pilav. 7) ana sol bronşta 3 cm stenozu olan bir hastaya trakeanın biyo-mühendislik eşdeğerinin ilk başarılı transplantasyonunu gerçekleştirmiştir (Şekil 8) .
Gelecekteki greft için matris olarak 7 cm uzunluğunda bir kadavra trakea parçası alındı. bağ dokusu, donör hücreler ve doku uygunluk antijenleri. Saflaştırma, %4 sodyum deoksikolat ve deoksiribonükleaz I kullanılarak 25 devir devitalizasyondan oluşuyordu (işlem 6 hafta sürdü). Her devitalizasyon döngüsünden sonra, kalan çekirdekli hücrelerin sayısını belirlemek için dokunun histolojik incelemesi ve ayrıca histo-uyumluluk antijenleri HLA-ABC, HLA-DR, HLA-DP ve HLA-'nin varlığı için bir immünohistokimyasal çalışma yapıldı. Dokuda DQ. Bilim adamları, kendi tasarımlarına sahip bir biyoreaktör kullanarak (Şekil 9), bir şırınga ile yavaşça dönen bir trakea segmentinin yüzeyine bir hücre süspansiyonu uyguladılar. Daha sonra kültür ortamına yarı daldırılmış greft, hücrelere ortam ve hava ile dönüşümlü olarak temas etmek için kendi ekseni etrafında döndürülür.
Şekil 9. Trakeanın doku mühendisliğiyle üretilmiş bir eşdeğerini oluşturmak için biyoreaktör. A- biyoreaktörün diyagramı, yandan görünüş. B- biyoreaktörün kapatılması. V- doku mühendisliği yapılmış trakea eşdeğeri olan biyoreaktör yerinde. G- trakea eşdeğerinin çıkarılmasından sonra biyoreaktör. D- Ameliyattan hemen önce trakea eşdeğerinin görünümü.
Trakea eşdeğeri, 96 saat boyunca biyoreaktördeydi; sonra hastaya nakledildi. Ameliyat sırasında ana sol bronş ve soluk borusunun bitişik olduğu kısım tamamen çıkarıldı. Oluşan boşluğa bir greft dikildi ve doku mühendisliği eşdeğerinin lümen çapları ile alıcının bronşu arasındaki bir miktar uyumsuzluk, donör dokunun elastikiyeti nedeniyle giderildi.
Ameliyattan on gün sonra hasta herhangi bir semptom göstermeden hastaneden taburcu edildi. Solunum yetmezliği ve greft reddi bağışıklık tepkisi. Buna göre bilgisayarlı tomografi, yardımıyla sanal bir 3D rekonstrüksiyon yapıldı solunum sistemi, doku mühendisliği eşdeğeri hastanın kendi bronşundan pratik olarak ayırt edilemezdi (Şekil 10).
;. Günlük posta;doku mühendisliği kemik ve diğer kas-iskelet dokuları da dahil olmak üzere dokuların tasarımı ve üretimi bilimidir. Hem doku mühendisliği hem de morfogenez üç bileşene dayanır - morfogenetik sinyaller, yetkin kök hücreler ve iskele yapıları. Kas-iskelet dokularının restorasyonu hem embriyonik gelişimi hem de morfogenezi genelleştirir. Morfogenez, yapıların oluşumunu inceleyen büyüyen bir bilimler grubudur. Genel yapı vücut yetişkin işleyişine giden yolda.
Bu nedenle, morfogenezde yer alan impulslar kemik dokusu mühendisliğinde kullanılmalıdır. Morfogenetik kemik proteinleri, yapıların birincil oluşumunda, hücre farklılaşmasında ve kemik ve eklem kıkırdağının restorasyonunda geniş ölçüde yönlendirilmiş (pleiotropik) bir işleve sahiptir. Kemiğin değişme yeteneği (yeniden yaratma yeteneği), kemik matrisindeki morfogenetik kemik proteinlerine bağlıdır. Kemik morfogenetik proteinleri, kıkırdak ve kemik hücre dizilerini uyarmak için reseptörler ve Smads 1, 5 ve 8 aracılığıyla hareket eder. Doku mühendisliği yapılmış kemik ve kıkırdak homeostazı, hücre dışı matrisin ve biyomekaniğin korunmasına bağlıdır. Kemik morfogenetik proteinlerinin kullanımı gen tedavisi ve hücre dışı matrisin biyomimetik iskele yapılarında kök hücrelerin izolasyonu, kemik dokusunun işlevselliğine yol açar. Sonuç olarak, zamanımızın fonksiyonel doku mühendisliği, kemik impulsları, iskele yapıları ve kök hücreler alanında heyecan verici keşiflerin zamanı olduğunu belirtmek gerekir.
Ortopedi cerrahının karşılaştığı sorunlardan biri, kemik dokusunun çıkarılması sonucu hasar gören iskelet kemiğinin büyük bir bölümünün restorasyonu ve rekonstrüksiyonudur. kötü huylu tümör kemikler veya yaralanma. Geniş kemik segmentleri için allojenik greft giderek daha fazla kabul görmüş olsa da, olası çatlama dezavantajına sahiptir. Postmenopozal osteoporozlu hastalarda kemik kırıkları sorunu, meme kanseri veya meme kanserine bağlı metastazlar prostat ve diyabet gibi metabolik bozukluklar, doku mühendisliği ilkelerinin kemiğe uygulanmasını gerektirir.
Doku mühendisliği, fonksiyonel iyileşme için yeni dokular tasarlama ve üretme bilimidir. hasarlı organlar ve kanser nedeniyle kaybedilen vücut parçalarının yerine konması, çeşitli hastalıklar ve yaralanmalar. Vücudun birçok dokusu arasında, kemiğin onarım kabiliyeti yüksektir ve bu nedenle genel olarak doku mühendisliği ilkeleri için bir ölçüttür. Yakın gelecekte, doku mühendisliği alanındaki bilgi birikimi, ortopedik cerrahide kullanılmak üzere belirli parametrelere sahip kemik implantlarının oluşturulmasına yol açacaktır.
Doku mühendisliği ve doku rejenerasyonunun üç ana bileşeni sinyaller, kök hücreler ve yapı iskeleleridir. Sinyallerin özgüllüğü, gelişen embriyodaki doku morfogenezine ve endüktif uyaranlara bağlıdır. Genellikle rejenerasyon sırasında çoğalırlar. Kemik greftleri yüz yılı aşkın bir süredir cerrahlar tarafından kullanılmaktadır. Urist yaptı büyük keşif demineralize edilmiş, dondurularak kurutulmuş tavşan allojenik kemik bölümlerinin implantasyonunun yeni kemik oluşumunu indüklediğini göstermektedir. Kemik oluşumunun uyarılmasının, kemotaksis, mitoz ve farklılaşma olmak üzere üç temel aşamanın gerçekleştiği sıralı, adım adım bir eylem olduğu gösterilmiştir. Kemotaksis, demineralize kemik matrisinden salınan kimyasal sinyallerin etkisi altında hücrelerin yönlendirilmiş hareketidir. Kemik oluşturan hücrelerin kollajen matrisi üzerindeki hareketi ve ardından yapışması, içindeki fibronektin varlığı ile belirlenir.
Üçüncü gün, çözünmeyen demineralize matristen salınan büyüme promotörlerinin etkisi altında hücre proliferasyonunun zirvesi gözlemlenir. Kıkırdak oluşumu 7-8. günlerde maksimuma ulaşır, bunu damar invazyonu takip eder ve 9. günden itibaren osteogenez gözlenir. Alkalin fosfataz aktivitesi ile gösterildiği gibi, kemik oluşumu 10-12. günlerde zirve yapar. Bunu, kemik γ-karboksiglutamik asit içeren protein (BGP) olan osteokalsin hacminde bir artış takip eder. Yeni oluşan olgunlaşmamış kemik kırmızı ile doldurulur. kemik iliği 21. güne kadar. Kemik morfogenezi için ilk uyarıları belirleyen kemik morfogenetik proteinlerinin salınımı ve ayrıca kemiğe ek olarak beyin, kalp, böbrekler, akciğerler, deri ve dişler gibi birçok organın oluşumu yoluyla demineralize kemik. Bu nedenle, kemik morfogenetik proteinleri, bir organizmanın morfogenetik proteinleri olarak ele alınabilir.
J.P. Fisher ve A.H. Reddi, Kemiğin Fonksiyonel Doku Mühendisliği: Sinyaller ve İskeletler
Tercüme Borisova Marina
doku mühendisliği insanlık için yeni fırsatlar açan genç ve gelişen bir tıp alanıdır. Meslek, kimya ve biyoloji ile ilgilenenler için uygundur (okul konularına ilgi için meslek seçimine bakınız).
Bu yazımızda sizlere bu doğrultuda geleceğin mesleklerinden biri olan doku mühendisliği mesleğinden bahsedeceğiz.
Doku mühendisliği nedir?
arasındaki sınırda ortaya çıkan bir bilimdir. hücre Biyolojisi, embriyoloji, biyoteknoloji, transplantoloji ve tıbbi malzeme bilimi.
Canlı hücrelerden oluşturulan ve işlevlerini eski haline getirmek veya değiştirmek için tasarlanmış organ ve dokuların biyolojik analoglarının geliştirilmesinde uzmanlaşmıştır.
Doku mühendisi nedir?
Bu, yakın gelecekte talep görecek bir uzmanlık alanıdır. Bu profesyonelin sorumlulukları, geliştirme ve kontrolü içerir. üretim süreci, malzeme seçimi ve oluşumu gerekli koşullar doku mühendisliği ile üretilmiş implantlar (greftler) ve bunların daha sonraki transplantasyonları oluşturmak için. Bazı haberlere göre bu meslek 2020'den sonra yayılmaya başlayacak.
Bir greftin geliştirilmesi ve uygulanması bir dizi aşamayı içerir:
- ilk olarak, hücreleri seçmek ve yetiştirmek gereklidir;
– daha sonra biyouyumlu malzemeler kullanılarak bir hücre taşıyıcısı (matris) oluşturulur;
– bundan sonra hücreler matris üzerine yerleştirilir ve biyoreaktörde çoğaltılırlar;
Son olarak implant, çalışmayan organın bulunduğu bölgeye yerleştirilir. Gerekirse, bundan önce greft, olgunlaşması için iyi bir kan beslemesi olan bir alana sokulur (bu işleme prefabrikasyon denir).
Başlangıç materyali, yenilenmesi gereken doku hücreleri veya kök hücreler olabilir. Matrislerin üretiminde çeşitli tipte malzemeler (biyokompozit, sentetik biyolojik olarak inert, doğal polimerler) kullanılabilir.
Greftler nerelerde kullanılır?
- Cildin yenilenmeye yardımcı olan yapay analoglarının oluşturulması deri geniş yanıklar ile.
- Doku mühendisliği ile üretilmiş implantlar ayrıca kardiyoloji alanında (kalp kapakçıklarının biyolojik analogları, arterlerin, damarların ve kılcal damarların rekonstrüksiyonu) büyük bir potansiyele sahiptir.
- Ayrıca, yeniden oluşturulurken kullanılırlar. solunum sistemi, Sindirim organları, idrar sistemi, dış ve iç salgı bezleri.
Doku mühendisi olmak için nerede çalışmalı
V şu anülkemizde değil Eğitim programları Doku mühendisliği konusunda uzmanlaşmış araştırma enstitülerinde bu uzmanlık alanında eğitim veren laboratuvar sayısı çok azdır. Bu alanda gelişmek isteyen uzmanlar temel bir eğitim alabilirler. Tıp eğitimi. Ayrıca yurtdışında eğitim olasılığını da göz önünde bulundurmalısınız: bu uzmanlık alanındaki yüksek lisans programları ABD ve Avrupa'da aktif olarak gelişmektedir.
Profesyonel olarak önemli nitelikler:
- sistematik düşünme;
- disiplinlerarası bir alanda çalışmaya ilgi;
- belirsizlik koşullarında çalışmaya hazır olma;
- Araştırma ilgisi;
- takım çalışmasına bağlılık.
Başlıca disiplinler:
- Biyoloji;
- Kimya;
- fizik;
- matematik;
- bilişim.
Modern doku mühendisliğinin başarıları
Nipel analogları oluşturuldu ve başarıyla uygulandı kadın meme, doku mühendisliği mesane ve üreterler. Karaciğer, soluk borusu ve bağırsak elemanları oluşturma alanında araştırmalar devam etmektedir.
Önde gelen araştırma laboratuvarları, onarılması zor başka bir şeyi yeniden yaratmak için çalışıyor insan organı- diş. Zorluk, diş hücrelerinin, kombinasyonları yeniden üretilemeyen birkaç dokudan gelişmesi gerçeğinde yatmaktadır. Şu anda, diş oluşumunun yalnızca erken evreleri tam olarak yeniden oluşturulmamıştır. yapay gözşu anda başlangıç aşamasındadır, ancak kornea, sklera, iris gibi kendi zarlarının analoglarını geliştirmek zaten mümkün olmuştur.
Aynı zamanda, onları tek bir bütüne nasıl entegre edeceğimiz sorusu açık kalıyor.
Kiel Üniversitesi'nden bir grup Alman bilim adamı başarılı bir şekilde restore etmeyi başardı. alt çene hasta, tümörle bağlantılı olarak neredeyse tamamen çıkarıldı.
Hastanın kök hücreleri ve kemik büyüme faktörleri, titanyum ağdan oluşturulan çenesinin tam bir kopyasına yerleştirildi. Daha sonra, kuluçka dönemi boyunca, bu yapı 8 hafta boyunca kasına yerleştirildi. sağ omuz bıçağı daha sonra hastaya nakledildiği yerden.
Böyle bir çenenin ne kadar etkili çalışacağı hakkında konuşmak için erken. Ancak bu, kelimenin tam anlamıyla insan vücudunda büyüyen ilk güvenilir kemik nakli vakasıdır.
Yükleniyor...