Name: building artificial tissue with biomaterials
Uploaded: 2023-04-30T06:32:11.000Z
Duration: 6 min 51 s
Channel: JoVE

<div class="chapter_text" id="script_0">Ingeniería de tejidos es un campo de la medicina regenerativa que utiliza células, biomateriales y moléculas biológicamente activas para crear, reparar o reemplazar tejidos. Tejido natural consiste en un componente estructural, la matriz extracelular, o ECM y las células de tejidos específicos que lo habitan. Tejido diseñado pretende asemejarse a naturales de los tejidos lo más naturales posible, usando o ingeniería de componentes estructurales y las células de tejidos específicos. Este video introducir el campo de la ingeniería de tejidos, demostrar algunas técnicas comunes y desafíos en el campo y presentar algunas aplicaciones de esta tecnología.</div><div class="chapter_text" id="script_1">En primer lugar, echemos un vistazo a los componentes típicos de la ingeniería del tejido. El tejido se forma creando primero un andamio con un biomaterial. El andamio de tejido está diseñado para proporcionar estructura y mímico natural ECM. El andamio de tejido puede tomar muchas morfologías diferentes, como una estera de la fibra, o un hidrogel, dependiendo el tipo de tejido deseado. En cualquier caso, el biomaterial utilizado debe promover adhesión celular y la interacción de la célula conveniente. Alternativamente, un andamio decellularized de un órgano donante también puede utilizarse para proporcionar una estructura para el nuevo tejido. El siguiente componente es las células. Todos los tejidos utilizan células vivas, que definen el tipo de tejido. Por ejemplo, los fibroblastos se utilizan para hacer que la piel, y condrocitos se utilizan para hacer el cartílago. Las células utilizadas en la ingeniería del tejido pueden provenir de varias fuentes. Células primarias son extraídas de tejido propio, que requiere que el tejido nativo es molido y digerido con una enzima para liberar las células. Alternativamente, pueden utilizarse células secundarias, que están disponibles en un banco de células. Sin embargo, estas células no son específicas del paciente y pueden causar rechazo. Por último, las células madre también puede ser utilizadas, que son células no diferenciadas que pueden dar lugar a diferentes formas de células especializadas o replicar a sí mismos. Para crear el tejido, las celdas seleccionadas se siembran en el andamio de tejido, junto con factores de crecimiento necesarios para fomentar la formación de tejido. Los andamios semillas entonces pueden crecer en un cultivo estático. Alternativamente, pueden utilizarse reactores de cultivo de tejidos especializados la semilla y cultivar el ingeniería del tejido.</div><div class="chapter_text" id="script_2">Ahora que se han introducido los componentes de la ingeniería del tejido, echemos un vistazo a algunos métodos comunes utilizados en el campo. Fabricación de andamio de tejido puede ser el factor más crítico en la determinación de propiedades mecánicas del tejido. Una morfología de andamio popular es el andamio electrospun, que es estera de fibras de micro escala. Electrospinning se realiza aplicando una tensión entre una colección y la punta de una jeringa que contiene el biomaterial. Esto crea microfibras, que se recoge hasta que la placa alcance los requisitos necesarios para el soporte. Debe haber interconectado microporos para permitir que las células y nutrientes para migrar superficie adecuada para promover la adherencia de la célula; y propiedades mecánicas que coinciden con tejido propio. A continuación, una técnica clave para crecer tejido es un reactor de cultivo de tejidos. Andamios de tejido a menudo sembrados con células mediante técnicas de goteo o inmersión y permitidos para crecer en cultivo estancado. Sin embargo, tejidos naturales, como los vasos sanguíneos, crecen bajo estimulación mecánica. Reactores de cultivo de tejidos pretenden simular las condiciones fisiológicas, tales como el flujo pulsátil en las arterias, con el fin de influir en el comportamiento y crecimiento del endotelio y del músculo las células en la arteria.</div><div class="chapter_text" id="script_3">Hay muchos desafíos en este campo, sin embargo. La principal limitación de tejido in vitro diseñado es la falta de sistemas de vasos sanguíneos. Los tejidos naturales poseen vascularización, que proporciona nutrientes y elimina desechos. Sin embargo, ingeniería del tejido depende en gran medida difusión, que limita el tamaño de fuente y el tejido de nutrientes. Una estrategia para la vascularización se centra en el uso de andamios sintético con vasculatura incorporado, que podría ayudar en la entrega de nutrientes a los tejidos. Aunque los beneficios de la ingeniería del tejido son trascendentales, es difícil producir tejido en una escala lo suficientemente grande para el uso clínico. Para la implantación, las células deben primero ser extraídas al paciente ampliadas y cultivadas en un andamio. Esto requeriría sistemas de cultivo celular independiente para cada paciente. Además de la importante cantidad de tiempo requerido para estos pasos, los retos regulatorios y altos costos hacen de este difícil implementar ampliamente en este momento.</div><div class="chapter_text" id="script_4">Ahora que has visto algunos de los métodos actuales y retos de la ingeniería de tejidos, echemos un vistazo a algunas aplicaciones de la tecnología. Ingeniería del tejido fino se puede utilizar en heridas crónicas o cicatrización de la quemadura. Un método es utilizar un andamio de tejido que contiene factores de crecimiento pero sin células. La matriz de decellularized promueve la migración de las células y estimula el crecimiento del tejido. Por otra parte, para las heridas profundas, una matriz que contiene células puede utilizarse, que integra en el tejido del hospedador. Finalmente, los investigadores pretenden ser capaz de sustituir totalmente los órganos dañados. En la actualidad, esto se aborda mediante cultivo. En primer lugar, el órgano del donante, como un pulmón en este caso, es decellularized y mantiene su estructura nativa, entonces el pulmón se recellularized con células del paciente. Esto limitaría el rechazo y la necesidad de un encuentro de donantes.</div><div class="chapter_text" id="script_5">Sólo ha visto Resumen de la ingeniería de Zeus de tejidos. Ahora debe estar familiarizado con algunos conceptos básicos y métodos en el campo, así como algunos retos fundamentales y aplicaciones. Gracias por ver.</div>

resumen de la ingeniería de tejidos

Ingeniería de tejidos es un campo emergente, que pretende crear tejido artificial de biomateriales, células específicas y factores de crecimiento. Estas construcciones de la ingeniería de tejidos tienen beneficios de largo alcance, con posibilidades para el reemplazo del órgano y tejido de reparación.
Este video presenta el campo de la ingeniería de tejidos y examina los componentes de la ingeniería del tejido. Este video describe también algunos métodos importantes utilizados para crear el andamio de tejido, introducir a una población celular y estimular el crecimiento y proliferación. Por último, se demuestran algunos retos y aplicaciones importantes de la tecnología.

Resumen de la ingeniería de tejidos

Tissue engineering&#160;aims to create artificial tissue from biomaterials, specific cells, and growth factors. These engineered tissue constructs have ...

La ingeniería de tejidos es un campo de la medicina regenerativa que utiliza células, biomateriales y moléculas biológicamente activas para crear, reparar o reemplazar tejidos. El tejido natural consta de un componente estructural, la matriz extracelular, o MEC, y las células específicas del tejido que la habitan. El tejido de ingeniería tiene como objetivo parecerse al tejido natural lo más cerca posible, utilizando componentes estructurales naturales o de ingeniería y células específicas de tejido. Este video presentará el campo de la ingeniería de tejidos, demostrará algunas técnicas y desafíos comunes en el campo, e introducirá algunas aplicaciones de esta tecnología. Primero, echemos un vistazo a los componentes típicos del tejido de ingeniería. El tejido se forma creando primero un andamio utilizando un biomaterial. El andamio de tejido está diseñado para proporcionar estructura e imitar la MEC natural. El andamio de tejido puede tomar muchas morfologías diferentes, como una estera de fibra o un hidrogel, según el tipo de tejido deseado. En cualquier caso, el biomaterial utilizado debe promover la adhesión celular y la interacción celular deseable. Alternativamente, también se puede utilizar un andamio descelularizado de un órgano donado para proporcionar estructura al nuevo tejido. El siguiente componente son las células. Todos los tejidos utilizan células vivas, que definen el tipo de tejido. Por ejemplo, los fibroblastos se utilizan para fabricar piel y los condrocitos se utilizan para fabricar cartílago. Las células utilizadas en el tejido de ingeniería pueden provenir de varias fuentes. Las células primarias se extraen del tejido nativo, lo que requiere que el tejido nativo se pique y se digiera con una enzima para liberar las células. Alternativamente, se pueden utilizar celdas secundarias, que están disponibles en un banco de celdas. Sin embargo, estas células no son específicas del paciente y pueden causar rechazo. Por último, también se pueden utilizar las células madre, que son células indiferenciadas que son capaces de dar lugar a diferentes formas de células especializadas, o replicarse a sí mismas. Para crear el tejido, las células seleccionadas se siembran en el andamio de tejido, junto con los factores de crecimiento necesarios para estimular la formación de tejido. A continuación, se permite que los andamios sembrados crezcan en un cultivo estático. Alternativamente, se pueden utilizar reactores de cultivo de tejidos especializados para sembrar y cultivar el tejido modificado. Ahora que se han introducido los componentes del tejido de ingeniería, echemos un vistazo a algunos métodos comunes utilizados en el campo. La fabricación del andamio de tejido puede ser el factor más crítico para determinar las propiedades mecánicas del tejido. Una morfología de andamio popular es el andamio electrohilado, que es una estera de fibras a microescala. El electrohilado se realiza aplicando un voltaje entre una placa de recolección y la punta de una jeringa que contiene el biomaterial. Esto crea microfibras, que se dejan acumular hasta que la estera alcanza los requisitos necesarios para el andamio. Debe tener microporos interconectados para permitir que las células y los nutrientes migren; superficie adecuada para promover la adhesión celular; y propiedades mecánicas que coinciden con el tejido nativo. A continuación, una técnica clave utilizada para cultivar tejidos es un reactor de cultivo de tejidos. Los andamios de tejido a menudo se siembran con células a través de técnicas de gotitas o inmersión, y se les permite crecer en cultivo estancado. Sin embargo, los tejidos naturales, como los vasos sanguíneos, crecen bajo estimulación mecánica. Los reactores de cultivo de tejidos tienen como objetivo imitar las condiciones fisiológicas, como el flujo pulsátil en las arterias, con el fin de influir en el comportamiento y el crecimiento de las células endoteliales y musculares en la arteria. Sin embargo, son muchos los retos a los que se enfrenta este ámbito. La principal limitación del tejido de ingeniería in vitro es la falta de sistemas de vasos sanguíneos. Los tejidos naturales poseen vascularización, que proporciona nutrientes y elimina los desechos. Sin embargo, el tejido modificado depende en gran medida de la difusión, lo que limita el suministro de nutrientes y el tamaño del tejido. Una estrategia para la vascularización se centra en el uso de andamios sintéticos con vasculatura incorporada, que podrían ayudar a suministrar nutrientes al tejido. Aunque los beneficios del tejido diseñado son de gran alcance, es difícil producir tejido a una escala lo suficientemente grande para su uso clínico. Para la implantación, las células primero deben extraerse del paciente y luego expandirse y cultivarse en un andamio. Esto requeriría sistemas de cultivo celular separados para cada paciente. Además de la cantidad significativa de tiempo requerido para estos pasos, los desafíos regulatorios y los altos costos hacen que esto sea difícil de implementar ampliamente en este momento. Ahora que ha visto algunos de los métodos y desafíos actuales de la ingeniería de tejidos, echemos un vistazo a algunas aplicaciones de la tecnología. La ingeniería de tejidos se puede utilizar en la cicatrización crónica de heridas o quemaduras. Un método es usar un andamio de tejido que contenga factores de crecimiento pero no células. La matriz descelularizada promueve la migración de las células y estimula el crecimiento de los tejidos. Alternativamente, para heridas profundas, se puede utilizar una matriz que contiene células, que se integra en el tejido del huésped. Con el tiempo, los investigadores pretenden ser capaces de reemplazar completamente los órganos dañados. En la actualidad, esto se aborda mediante el cultivo de órganos. Primero, el órgano donante, como un pulmón en este caso, se descelulariza y se mantiene su estructura nativa, luego el pulmón se recelulariza con células del paciente. Esto limitaría el rechazo y la necesidad de un donante compatible. Acabas de ver el Resumen de la Ingeniería de Tejidos de Jove. Ahora debería estar familiarizado con algunos conceptos y métodos básicos en el campo, así como con algunos desafíos y aplicaciones clave. Gracias por mirar.

Education

Educación

JoVE Science Education

Engineering

Ingeniería

Bioengineering

Bioingeniería

Overview of Tissue Engineering

building artificial tissue with biomaterials

Tissue engineering uses biomaterials, specific cells, and growth factors to build artificial tissue. These engineered tissue constructs are designed for tissue repair and, in some cases, organ replacement.

The field focuses on how to make tissue work like natural tissue. It begins with a scaffold, which is a structure that supports cell growth. Cells are then added to the scaffold, and growth factors help encourage proliferation, or cell multiplication.

The video also outlines common methods used to create the scaffold and introduce a cell population. It highlights the main challenges in making engineered tissue. It also shows important applications of the technology in medicine.

Building Artificial Tissue with Biomaterials

building-artificial-tissue-with-biomaterials

overview of biomaterials

Biomaterials in Medicine and Engineering

Biomaterials are materials designed to interact well with biological organisms or molecules. They may come from an organism, be produced by an organism, or be made as a synthetic polymer. Because of these properties, engineers use biomaterials in medicine and other biological applications. These materials are used in tissue engineering, biosensing, and drug delivery. Tissue engineering uses materials to support the growth or repair of tissues. Biosensing uses materials to detect biological...

collagen hydrogels

Porcine Collagen for Tissue Engineering

Collagen is a useful biomaterial with uses that go beyond the lab. It has also found commercial use in photography. In tissue engineering, collagen can be turned into hydrogels that give engineered tissue support and structure. This page follows the path from porcine skin to a collagen hydrogel. Porcine skin is used as the source of collagen. The material is then prepared for use in tissue engineering applications. The video also shows several applications of collagen and the methods used to...

electrospinning of silk biomaterials

Silk Cocoon Processing for Fiber Mats

Silk cocoons can be processed into a soluble material that is useful for making biomaterials. Silk fibers have been used for fabrics and threads for centuries, but turning them into a versatile pre-polymer solution is a newer technique. That solution can then be shaped into materials with controllable mechanical properties. The process begins with silk worm cocoons. The silk is solubilized, or dissolved, so it can be handled as a liquid-like solution. The video then shows how that silk...

overview of biomem devices

BioMEMs in Diagnostics and Miniaturization

Bio-microelectromechanical systems, or BioMEMs, are microscale devices used in diagnostic settings. They work with very small sample and reagent volumes in vivo and in vitro, which means inside a living body or outside it in a lab. These compact systems support bioengineering research and help make diagnostic tools more efficient. BioMEMs can carry out functions such as filtration, sensing, and synthesis on a tiny scale. Using less material can lower costs and improve sensitivity. The...

microfabrication via photolithography

Photolithography for Silicon Wafer Patterning

Photolithography is a common microfabrication method used to pattern a silicon wafer. It uses light to transfer a design onto the wafer surface. This process helps form the basis for many BioMEM devices. The page also shows how photolithography is carried out in a cleanroom. Cleanroom steps are important because they support careful fabrication of small, detailed features. The video ends by introducing applications of this process in BioMEM device production.

soft lithography

Photolithography for Microfluidic Device Making

Photolithography and soft lithography are used to make BioMEM devices such as microfluidic channels. A microscale pattern is copied by curing an elastomeric polymer over a 3D structure. The result is a polymer piece that can serve as part of a biological device. These polymer structures are then used to build a range of tools. Some are microfluidic channels for biosensing applications. Others are microscale bioreactors that let scientists visualize micro-colonies. The process also shows how...

overview of bioprocess engineering

Bioreactors and Protein Production in Bioprocessing

Bioprocessing uses living organisms to make a desired target product. In many cases, that product is a protein made in a bioreactor, which is a controlled vessel for growing cells. This process often relies on genetically engineered organisms. Engineers design the system so the cells can produce proteins at large scale. That approach is central to making biotherapeutics, which are drugs made from biological materials. Biotherapeutics are important medicines for complex diseases such as...

synthetic biology

Engineering Cells to Produce Proteins

Synthetic biology is a bioengineering method for programming cells to make useful products. In many cases, the goal is to genetically modify an organism so it can produce large amounts of a protein. That protein may already be made by the cell, or it may come from a newly inserted DNA sequence. The process depends on changing an organism’s genetic material. This is done with transformation or transfection, two common ways to introduce DNA into cells. The video also shows how this work is...

batch and continuous bioreactors

Growing Cells in Bioreactors

Bioreactors are used to grow organisms in large volumes. This makes it possible to produce large amounts of a target product. In laboratory and bioengineering settings, they provide a controlled place for cell growth and product formation. The two main reactor types are batch reactors and continuous reactors. A batch reactor contains all of the materials needed for cell growth at the start. A continuous reactor has inlet and outlet ports, so fresh growth media can be added while cell waste is...

overview of biosensing

How Biosensors Detect Molecules

Biosensors detect biological molecules and chemical contaminants by combining biology with physical measurement. They can identify targets such as proteins or cells, as well as non-biological molecules like chemicals or contaminants. This makes biosensing a useful field for studying and monitoring many kinds of samples. These devices rely on different signal types to find the target molecule. Some biosensors use electrical signals, while others depend on optical, electrochemical, or mechanical...

electrochemical biosensing

Glucose Sensors and Cancer Detection

Electrochemical biosensors detect target molecules by measuring an oxidation-reduction event. That signal changes when a molecule binds to the sensor surface. These sensors helped shape modern biosensing after the first glucose biosensor was invented. The glucose biosensor is a key example of this technology. It shows how electrochemical sensing can track a biological target through a measurable electrical change. The same basic idea also helps explain how electrochemical biosensors can be...

optical biosensing

Detecting Molecules with Light

Optical biosensors detect target molecules with light. They monitor binding by reading an optical signal from the sample. This makes them useful for seeing when a target molecule is present. Some optical biosensors use a label molecule. The label creates a measurable signal, such as fluorescence. Other optical biosensors are label-free and track changes in optical properties, such as refractive index, as binding occurs. This page introduces both label and label-free optical biosensors. It...

overview of tissue engineering

Tissue engineering uses biomaterials, specific cells, and growth factors to build artificial tissue. These engineered tissue constructs are designed for tissue repair and, in some cases, organ replacement. The field focuses on how to make tissue work like natural tissue. It begins with a scaffold, which is a structure that supports cell growth. Cells are then added to the scaffold, and growth factors help encourage proliferation, or cell multiplication. The video also outlines common methods...

histotypic tissue culture

3D Cell Growth on Engineered Matrices

Histotypic tissue culture uses an engineered three-dimensional matrix to grow and propagate cells. Compared with common two-dimensional tissue culture, cells in a 3D setting behave more realistically and better mimic native tissue. The method is useful when high cell density is needed. The process begins by harvesting cells from donor tissue. Those cells are then placed onto an engineered construct for culture. This setup supports growth in a three-dimensional space instead of a flat surface.

whole organ tissue culture

Lung Decellularization and Recellularization

Whole organs can be cultured ex vivo using specialized bioreactors to support repair or replacement of entire organs. In this approach, a donor organ is first stripped of all cells. What remains is the three-dimensional structure of the organ, which can then be repopulated with new cells. The lung is the example shown here. The method uses a dynamic culture system that provides mechanical stimulation, similar to what the organ experiences in the body. This type of culture helps induce native...

bioengineering

Esta colección abarca conceptos centrales de la bioingeniería, que incluyen la producción de biomateriales, cultivos de tejidos histotípicos y de órganos completos, técnicas de bioprocesamiento y los complejos campos de bioMEM y biodetección.

Explore how tissue engineering uses biomaterials, cells, and growth factors to build artificial tissue for repair, organ replacement, and medical applications.

Building Artificial Tissue with Biomaterials

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