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">組織工学、細胞、生体材料学分野、生物活性分子を使用してを作成、修復、または組織を置き換える再生医療のフィールドです。自然の組織は、構造コンポーネント、細胞外マトリックス ECM やそれに生息する組織固有のセルで構成されます。エンジニア リング組織を目指しています使用して、可能な限り天然、自然な組織に似たまたは構造コンポーネントおよび組織細胞を設計しました。このビデオがティッシュ エンジニア リングのフィールドを導入、いくつかの一般的なテクニックやフィールドに、課題を示すし、この技術のいくつかのアプリケーションをご紹介します。</div><div class="chapter_text" id="script_1">まず、エンジニア リング組織の典型的なコンポーネントを見てみましょう。組織は、最初に生体を使用して足場を作成によって形成されます。組織の足場は、構造を提供し、自然の ECM を模倣するものです。組織の足場は、繊維マットなど組織の種類に応じて、ハイドロゲルの多くの異なった形態を取ることができます。いずれの場合も、使用される生体材料は望ましい細胞間相互作用の細胞接着と促進する必要があります。また、ドナーの臓器から decellularized の足場は、新しい組織に構造を提供するために使用もできます。次のコンポーネントは、セルです。すべての組織は、細胞、組織の種類を定義するを利用します。たとえば、線維芽細胞を使用して、皮膚と軟骨細胞は軟骨を作るため。エンジニア リング組織で使用されているセルは、複数のソースから来ることができます。一次電池は、ネイティブの組織はみじん切りし、セルを解放する酵素による消化を必要とするネイティブの組織から抽出されます。また、細胞バンクから利用できますが、二次電池が使用できます。しかし、これらの細胞は患者に固有ではない、拒絶反応を引き起こすことができます。最後に、幹細胞は自分自身を複製または、様々 な特殊化した細胞に上昇を与えることができる未分化の細胞である使用も。組織を作成するには、選択したセルが組織形成を奨励するために必要な成長因子とともに、組織足場にシードされます。シードの足場は、静的な文化で育つこととしています。また、シードし、エンジニア リング組織を成長する専門組織培養リアクターを使用できます。</div><div class="chapter_text" id="script_2">今では設計組織のコンポーネントを導入されている、フィールドで使用される一般的な方法を見てをみましょう。組織足場の作製は、組織の機械的性質を決定する上で最も重要な要因をすることができます。人気のある足場の形態はエレクトロスピニング足場は、微小繊維のマットです。エレクトロスピニング、コレクション板と生体材料が含まれている注射器の先端の間に電圧を適用することによって行われます。これはマットが足場のための必要な要件までを収集するために許可されているマイクロファイバーを作成します。それ相互接続されている; で移行する細胞や栄養素のために細孔をする必要があります。細胞の接着を促進するために十分な表面積ネイティブの組織に合った機械的性質。次に、組織を育てるための重要な技術は、組織培養リアクターです。組織足場は液滴や水没の技術によって細胞を播種し、停滞した文化で育つことができることが多い。ただし、血管などの自然な組織は機械的刺激の下で成長します。組織培養リアクター動作と内皮細胞の成長に影響し、筋肉のために動脈の拍動流などの生理学的条件を模倣することを目指して、動脈内のセル。</div><div class="chapter_text" id="script_3">しかしこの分野で直面している多くの課題があります。体外での設計組織の主な制限血管システムの欠乏であります。自然な組織には、血管新生、栄養素を提供し、廃棄物を削除しますが所有しています。ただし、設計組織は、栄養素の供給や組織のサイズを限る拡散に大きく依存します。血管新生のための 1 つの戦略は内蔵の血管組織に栄養素を提供することで支援の可能性と合成足場の使用に焦点を当てた。設計組織の利点は広範囲に及ぶ、臨床使用のための十分な大規模な組織を生成することは困難です。注入のセルする必要があります最初が患者から収穫される拡大し、足場上で培養しました。患者ごとに独立した細胞培養システムを必要になります。これらの手順に必要な時間のかなりの量に加えて規制上の課題、高コストを作るこれで、広くこの時点で実装することは困難。</div><div class="chapter_text" id="script_4">今ではいくつかの現在の方法と組織工学の課題を見てきた、技術のいくつかのアプリケーションを見てをみましょう。ティッシュ ・ エンジニア リングは、慢性的な傷や火傷の治癒に使用できます。成長因子がない細胞を含む組織足場を使用する 1 つの方法です。Decellularized マトリックス細胞の移動を促進し、組織の成長を促進します。また、深い傷の細胞を含むマトリックス使用できます、ホストの組織に統合します。最終的には、研究者は、損傷した臓器を完全に置き換えることを目指します。現在、器官培養を使用してこのアプローチができます。まず、ドナー臓器、肺などがこのケースでは、脱がし、ネイティブな構造の維持、患者からの細胞と肺を recellularized し、。これはドナーの一致を必要と拒絶が制限されます。</div><div class="chapter_text" id="script_5">ティッシュ エンジニア リングのゼウスの概要を見てきた。あなたはいくつかの基本的な概念とフィールドと同様にいくつかの主要な課題とアプリケーション内のメソッドに精通しているはずです。見ていただきありがとうございます。</div>

ティッシュ ・ エンジニア リングの概要

組織工学、生体材料、特定の細胞と成長因子から人工組織を作成することを目的とする新興分野であります。 これらの設計された組織構造は、臓器置換と組織修復の可能性がある、遠大な利点を持っています。
このビデオは、ティッシュ エンジニア リングの分野を紹介し、設計組織のコンポーネントについて解説。このビデオでは、組織の足場を作成、セル人口を紹介、成長と増殖を促進するために使用いくつかの顕著な方法もについて説明します。最後に、いくつかの主要な課題と技術の重要なアプリケーションの例を示します。

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

ティッシュエンジニアリングは、細胞、生体材料、および生物学的に活性な分子を使用して組織を作成、修復、または置き換える再生医療の分野です。天然組織は、構造成分である細胞外マトリックス(ECM)と、それに生息する組織特異的な細胞で構成されています。人工組織は、天然または人工の構造コンポーネントと組織特異的な細胞を使用して、可能な限り天然組織に似せることを目指しています。このビデオでは、ティッシュエンジニアリングの分野を紹介し、この分野での一般的な技術と課題、およびこの技術のいくつかのアプリケーションを紹介します。まず、人工組織の代表的な成分について見ていきましょう。組織は、最初に生体材料を使用して足場を作成することによって形成されます。組織足場は、構造を提供し、天然のECMを模倣することを目的としています。組織足場は、目的の組織の種類に応じて、ファイバーマットやハイドロゲルなど、さまざまな形態をとることができます。いずれにせよ、使用される生体材料は、細胞接着と望ましい細胞相互作用を促進する必要があります。あるいは、ドナー臓器からの脱細胞化した足場を使用して、新しい組織に構造を提供することもできます。次のコンポーネントはセルです。すべての組織は、組織の種類を定義する生細胞を利用しています。例えば、線維芽細胞は皮膚を作るために使われ、軟骨細胞は軟骨を作るために使われます。人工組織に使用される細胞は、いくつかの供給源から供給されます。初代細胞は天然組織から抽出されるため、天然組織をミンチして酵素で消化して細胞を放出する必要があります。あるいは、セルバンクから入手できる二次セルを使用することもできます。しかし、これらの細胞は患者特異的ではなく、拒絶反応を引き起こす可能性があります。最後に、幹細胞も使用できますが、これは未分化細胞であり、さまざまな形態の特殊な細胞を生み出したり、自分自身を複製したりすることができます。組織を作成するために、選択した細胞を組織足場に播種し、組織形成を促進するために必要な成長因子をシードします。その後、播種された足場は、静的な培養物で成長します。あるいは、特殊な組織培養リアクターを使用して、人工組織の播種と成長を行うこともできます。人工組織の成分が導入されたところで、この分野で使用される一般的な方法をいくつか見てみましょう。組織足場の製作は、組織の機械的特性を決定する上で最も重要な要素です。一般的な足場の形態は、マイクロスケールの繊維のマットであるエレクトロスピニング足場です。エレクトロスピニングは、収集プレートと生体材料を含むシリンジの先端との間に電圧を印加することによって行われます。これによりマイクロファイバーが作成され、マットが足場に必要な要件に達するまで収集できます。細胞や栄養素が移動できるように、相互接続された微細孔が必要です。細胞接着を促進するための適切な表面積。そして、天然組織に一致する機械的特性。次に、組織を成長させるために使用される重要な技術は、組織培養リアクターです。組織足場は、多くの場合、液滴または水没技術によって細胞を播種し、停滞した培養で成長させます。しかし、血管などの自然組織は、機械的な刺激を受けると成長します。組織培養リアクターは、動脈内の内皮細胞と筋肉細胞の挙動と成長に影響を与えるために、動脈内の拍動流などの生理学的条件を模倣することを目的としています。しかし、この分野では多くの課題に直面しています。in vitro人工組織の主な制限は、血管系の欠如です。天然組織には血管新生があり、これにより栄養素が提供され、老廃物が除去されます。しかし、人工組織は拡散に大きく依存しているため、栄養素の供給と組織のサイズが制限されます。血管新生の1つの戦略は、血管系が組み込まれた合成足場の使用に焦点を当てており、これにより組織に栄養素を届けるのに役立ちます。人工組織の利点は広範囲に及びますが、臨床使用に十分な規模で組織を製造することは困難です。移植のためには、まず患者から細胞を採取し、次に足場上で増殖させて培養する必要があります。これには、患者ごとに別々の細胞培養システムが必要になります。これらの手順にはかなりの時間がかかるだけでなく、規制上の課題と高コストにより、現時点ではこれを広く実施することが困難です。ティッシュエンジニアリングの現在の方法と課題の一部を見てきたところで、この技術のいくつかの応用例を見てみましょう。組織工学は、慢性的な創傷や火傷の治癒に使用できます。1つの方法は、成長因子を含み、細胞を含まない組織足場を使用することです。脱細胞化されたマトリックスは、細胞の移動を促進し、組織の成長を促進します。あるいは、深い創傷に対しては、細胞を含むマトリックスを使用し、細胞を宿主の組織に統合することができる。最終的には、研究者は損傷した臓器を完全に交換できるようになることを目指しています。現在、これは臓器培養を使用してアプローチされています。まず、ドナー臓器(この場合は肺など)が脱細胞化され、その本来の構造が維持され、次に患者の細胞で肺が再細胞化されます。これにより、拒否とドナーマッチングの必要性が制限されます。Joveの組織工学の概要をご覧になりました。これで、この分野のいくつかの基本的な概念と方法、およびいくつかの主要な課題とアプリケーションに精通しているはずです。ご覧いただきありがとうございます。

Education

JoVE Science Education

Engineering

工学

Bioengineering

バイオエンジニアリング（生物工学）

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

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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

このコレクションは生物工学の中核概念をカバーしており、生体材料の生産、組織特異的および全臓器の組織培養、バイオプロセシング技術、バイオMEMSとバイオセンシングの複雑なシステムレベルの分野を含みます。

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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