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">조직 공학은 세포를 사용하는 재생 의학 분야입니다, 생체 재료, 및 생물학적 활성 분자는 조직을 생성, 복구, 또는 교체. 자연 조직은 구조 성분, 세포외 매트릭스 또는 ECM 및 그것에 서식하는 조직 특정 세포로 구성됩니다. 엔지니어링 된 조직은 자연 또는 엔지니어링 구조 구성 요소 및 조직 별 세포를 사용하여 가능한 한 가깝게 자연 조직을 닮는 것을 목표로합니다. 이 비디오는 조직 공학 분야를 소개하고, 현장에서 몇 가지 일반적인 기술과 과제를 시연하며, 이 기술의 일부 응용 분야를 소개합니다.</div><div class="chapter_text" id="script_1">먼저, 엔지니어링 조직의 전형적인 구성 요소를 살펴 보자. 조직은 먼저 생체 물질을 사용하여 비계를 생성하여 형성된다. 조직 스캐폴드는 구조를 제공하고 천연 ECM을 모방하기 위한 것입니다. 조직 스캐폴드는 원하는 유형의 조직에 따라 섬유 매트 또는 하이드로겔과 같은 많은 상이한 형태를 취할 수 있다. 어쨌든 사용되는 생체 재료는 세포 접착및 바람직한 세포 상호 작용을 촉진해야합니다. 대안적으로, 기증자 기관에서 탈세포 비계는 또한 새로운 조직에 구조를 제공하기 위하여 이용될 수 있습니다. 다음 구성 요소는 셀입니다. 모든 조직은 조직 모형을 정의하는 살아있는 세포를 이용합니다. 예를 들면, 섬유아세포는 피부를 만들기 위하여 이용되고, 연골신구는 연골을 만들기 위하여 이용됩니다. 엔지니어링 된 조직에 사용되는 세포는 여러 소스에서 올 수 있습니다. 1 차 세포는 네이티브 조직이 세포를 풀어 놓기 위하여 효소로 다진 및 소화된다는 것을 요구하는 네이티브 조직에서 추출됩니다. 대안적으로, 세포 은행에서 사용할 수 있는 이차 세포는, 이용될 수 있습니다. 그러나, 이 세포는 환자 특정하지 않으며 거절을 일으키는 원인이 될 수 있습니다. 마지막으로, 줄기 세포는 또한 전문화한 세포의 다른 양식을 초래할 수 있는 미분화 세포인, 또는 그(것)들을 복제하는 것을 이용될 수 있습니다. 조직을 만들기 위해 선택된 세포는 조직 형성을 장려하는 데 필요한 성장 인자와 함께 조직 스캐폴드에 시드됩니다. 그런 다음 시드 스캐폴드는 정적 배양에서 성장할 수 있습니다. 대안적으로, 특수 조직 배양 반응기는 엔지니어링 조직을 종자하고 성장시키기 위하여 이용될 수 있습니다.</div><div class="chapter_text" id="script_2">이제 엔지니어링 조직의 구성 요소가 도입되었으므로 현장에서 사용되는 몇 가지 일반적인 방법을 살펴보겠습니다. 조직의 비계의 제조는 조직의 기계적 특성을 결정하는 데 가장 중요한 요소가 될 수 있습니다. 인기있는 스캐폴드 형태는 마이크로 스케일 섬유의 매트인 전기 스캐폴드입니다. 전기방사편은 수집판과 생물물질을 함유한 주사기의 끝 사이에 전압을 가하여 수행됩니다. 이것은 매트가 비계에 필요한 요구 사항에 도달 할 때까지 수집 할 수있는 마이크로 화이버를 만듭니다. 세포와 영양소가 마이그레이션할 수 있도록 상호 연결된 마이크로포지가 있어야 합니다. 세포 접착력을 촉진하기위한 적절한 표면적; 네이티브 조직과 일치하는 기계적 특성. 다음으로, 조직을 성장하는 데 사용되는 주요 기술은 조직 배양 반응기입니다. 조직 비계는 종종 물방울 또는 침수 기술을 통해 세포로 씨를 뿌리고 정체 된 배양에서 자랄 수 있습니다. 그러나 혈관과 같은 자연 조직은 기계적 자극하에서 자랍니다. 조직 배양 반응기는 동맥내피 및 근육 세포의 행동과 성장에 영향을 미치기 위해 동맥의 맥동흐름과 같은 생리적 상태를 모방하는 것을 목표로 한다.</div><div class="chapter_text" id="script_3">그러나 이 분야에서는 많은 어려움이 있습니다. 체외 공학 조직의 주요 한계는 혈관 시스템의 부족입니다. 자연 조직은 영양분을 제공하고 폐기물을 제거하는 혈관화를 가지고 있습니다. 그러나, 엔지니어링 된 조직은 영양 공급 및 조직 크기를 제한 확산에 크게 의존. 혈관화를 위한 1개의 전략은 조직에 영양분을 전달하는 것을 도울 수 있던 내장된 혈관분과 합성 비계의 사용에 집중됩니다. 엔지니어링 된 조직의 장점은 광범위하지만 임상 사용을 위해 충분한 규모로 조직을 생산하기가 어렵습니다. 이식을 위해, 세포는 먼저 환자에게서 수확한 다음 비계에서 확장되고 배양되어야 합니다. 이것은 각 환자를 위한 별도의 세포 배양 체계를 요구할 것입니다. 이러한 단계에 필요한 상당한 시간 외에도 규제 문제와 높은 비용으로 인해 이 시점에서 광범위하게 구현하기가 어렵습니다.</div><div class="chapter_text" id="script_4">이제 조직 공학의 현재 방법과 과제 중 일부를 보았으니 기술의 일부 응용 프로그램을 살펴보겠습니다. 조직 공학은 만성 상처 또는 화상 치유에 사용될 수 있습니다. 한 가지 방법은 성장 인자를 포함하는 조직 스캐폴드를 사용하지만 세포가 없는 것입니다. 탈세포 매트릭스는 세포의 이동을 촉진하고 조직 성장을 장려합니다. 또는 깊은 상처의 경우 세포를 포함하는 매트릭스를 사용하여 호스트의 조직에 통합할 수 있습니다. 결국, 연구원은 손상된 기관을 완전히 대체할 수 있는 것을 목표로 합니다. 현재, 이것은 기관 문화를 사용하여 접근됩니다. 첫째, 이 경우에 폐와 같은 기증자 기관은, 탈세포화되고 그것의 네이티브 구조는 유지되고, 그 때 폐는 환자에게서 세포로 재세포화됩니다. 이것은 거부와 기증자 일치에 대한 필요성을 제한할 것입니다.</div><div class="chapter_text" id="script_5">당신은 조직 공학의 조브의 개요를 보았다. 이제 이 분야의 몇 가지 기본 개념과 방법뿐만 아니라 몇 가지 주요 과제 및 응용 프로그램에 대해 잘 알고 있어야 합니다. 시청해 주셔서 감사합니다.</div>

조직공학 개요

조직 공학은 생체 재료, 특정 세포 및 성장 인자로부터 인공 조직을 만드는 것을 목표로합니다. 이 엔지니어링 된 조직 구조는 장기 교체 및 조직 수리를위한 가능성과 함께 광범위한 이점이 있습니다.
이 비디오는 조직 공학 분야를 소개하고 엔지니어링 된 조직의 구성 요소를 검사합니다. 이 비디오는 또한 조직 발판을 만들고, 세포 인구를 소개하고, 성장과 증식을 장려하는 데 사용되는 몇 가지 눈에 띄는 방법을 설명합니다. 마지막으로 기술의 몇 가지 주요 과제와 중요한 응용 분야가 입증됩니다.

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

조직 공학은 세포, 생체 재료 및 생물학적 활성 분자를 사용하여 조직을 생성, 복구 또는 대체하는 재생 의학 분야입니다. 자연 조직은 구조적 구성 요소, 세포외 기질(ECM) 및 그 안에 서식하는 조직 특이적 세포로 구성됩니다. 공학적 조직은 자연적 또는 공학적 구조적 구성 요소와 조직 특이적 세포를 사용하여 가능한 한 자연 조직과 유사하게 만드는 것을 목표로 합니다. 이 비디오는 조직 공학 분야를 소개하고, 이 분야의 몇 가지 일반적인 기술과 과제를 보여주고, 이 기술의 몇 가지 응용 분야를 소개합니다. 먼저 조작된 조직의 일반적인 구성 요소를 살펴보겠습니다. 조직은 먼저 생체 물질을 사용하여 골격을 만들어 형성됩니다. 조직 골격은 구조를 제공하고 자연스러운 ECM을 모방하기 위한 것입니다. 조직 골격은 원하는 조직 유형에 따라 섬유 매트 또는 하이드로겔과 같은 다양한 형태를 취할 수 있습니다. 어쨌든 사용된 생체 재료는 세포 접착력과 바람직한 세포 상호 작용을 촉진해야 합니다. 또는 기증자 장기에서 탈세포화된 골격을 사용하여 새로운 조직에 구조를 제공할 수도 있습니다. 다음 구성 요소는 셀입니다. 모든 조직은 조직 유형을 정의하는 살아있는 세포를 사용합니다. 예를 들어, 섬유아세포는 피부를 만드는 데 사용되고, 연골세포는 연골을 만드는 데 사용됩니다. 조작된 조직에 사용되는 세포는 여러 출처에서 얻을 수 있습니다. 일차 세포는 천연 조직에서 추출되며, 이를 위해서는 천연 조직을 다지고 효소로 소화하여 세포를 방출해야 합니다. 대안적으로, 세포 은행에서 이용 가능한 2차 세포를 사용할 수 있습니다. 그러나 이러한 세포는 환자 특이적이 아니며 거부 반응을 유발할 수 있습니다. 마지막으로, 줄기세포도 사용할 수 있는데, 줄기세포는 다양한 형태의 특수 세포를 생성하거나 스스로를 복제할 수 있는 미분화 세포입니다. 조직을 만들기 위해 선택된 세포는 조직 형성을 촉진하는 데 필요한 성장 인자와 함께 조직 골격에 파종됩니다. 그런 다음 시드된 골격은 정적 배양에서 자랄 수 있습니다. 또는 특수 조직 배양 반응기를 사용하여 조작된 조직을 파종하고 성장시킬 수 있습니다. 이제 공학적 조직의 구성 요소를 소개했으므로 이 분야에서 사용되는 몇 가지 일반적인 방법을 살펴보겠습니다. 조직 골격의 제작은 조직의 기계적 특성을 결정하는 데 가장 중요한 요소가 될 수 있습니다. 인기 있는 스캐폴드 형태학은 마이크로 스케일 섬유의 매트인 전기 스펀 스캐폴드입니다. 전기 방사는 수집 플레이트와 생체 물질이 들어있는 주사기 팁 사이에 전압을 가하여 수행됩니다. 이것은 매트가 골격에 필요한 요구 사항에 도달 할 때까지 수집 할 수있는 마이크로 화이버를 생성합니다. 세포와 영양소가 이동할 수 있도록 상호 연결된 미세 기공이 있어야 합니다. 세포 접착을 촉진하기 위한 적절한 표면적; 및 천연 조직과 일치하는 기계적 특성. 다음으로, 조직을 성장시키는 데 사용되는 핵심 기술은 조직 배양 반응기입니다. 조직 골격은 종종 액적 또는 침수 기술을 통해 세포와 함께 파종되며 정체된 배양에서 자랄 수 있습니다. 그러나 혈관과 같은 자연 조직은 기계적 자극에 의해 자랍니다. 조직 배양 반응기는 동맥의 내피 및 근육 세포의 행동과 성장에 영향을 미치기 위해 동맥의 박동 흐름과 같은 생리학적 조건을 모방하는 것을 목표로 합니다. 그러나 이 분야에는 많은 과제가 있습니다. 체외 공학 조직의 주요 한계는 혈관 시스템이 없다는 것입니다. 자연 조직에는 영양분을 공급하고 노폐물을 제거하는 혈관화가 있습니다. 그러나 조작된 조직은 확산에 크게 의존하여 영양소 공급과 조직 크기를 제한합니다. 혈관형성을 위한 한 가지 전략은 조직에 영양분을 전달하는 데 도움이 될 수 있는 혈관 구조가 내장된 합성 골격을 사용하는 데 중점을 둡니다. 공학적 조직의 이점은 광범위하지만, 임상적으로 사용할 수 있을 만큼 충분히 큰 규모의 조직을 생산하는 것은 어렵습니다. 이식을 위해서는 먼저 환자로부터 세포를 채취한 다음 골격에서 확장 및 배양해야 합니다. 이를 위해서는 각 환자에 대해 별도의 세포 배양 시스템이 필요합니다. 이러한 단계에 상당한 시간이 소요되는 것 외에도 규제 문제와 높은 비용으로 인해 이 시점에서 이를 광범위하게 구현하기가 어렵습니다. 지금까지 조직 공학의 몇 가지 방법과 과제를 살펴보았으므로 이제 이 기술의 몇 가지 응용 분야를 살펴보겠습니다. 조직 공학은 만성 상처 또는 화상 치유에 사용할 수 있습니다. 한 가지 방법은 성장 인자는 포함하지만 세포는 포함하지 않는 조직 골격을 사용하는 것입니다. 탈세포화된 기질은 세포의 이동을 촉진하고 조직 성장을 촉진합니다. 대안적으로, 깊은 상처의 경우, 세포를 포함하는 매트릭스를 사용할 수 있으며, 이는 숙주의 조직에 통합됩니다. 궁극적으로 연구자들은 손상된 장기를 완전히 대체할 수 있는 것을 목표로 합니다. 현재 이것은 장기 배양을 사용하여 접근하고 있습니다. 먼저, 이 경우 폐와 같은 기증자 기관이 탈세포화되고 원래 구조가 유지된 다음 폐가 환자의 세포로 재세포화됩니다. 이렇게 하면 거부 반응이 제한되고 기증자 매칭의 필요성이 줄어듭니다. Jove의 Overview of Tissue Engineering을 시청하셨습니다. 이제 해당 분야의 몇 가지 기본 개념과 방법뿐만 아니라 몇 가지 주요 과제 및 응용 프로그램에 익숙해졌을 것입니다. 시청해 주셔서 감사합니다.

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Bioengineering

생체공학

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

이 컬렉션은 생체재료, 조직 형태 및 전체 장기 조직 배양, 바이오프로세싱 기술 및 복잡한 시스템 수준의 bioMEM 및 바이오센싱 분야의 생산을 포함하는 핵심적인 생명공학의 개념을 다룹니다.

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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