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">A Engenharia de Tecidos é um campo de medicina regenerativa que usa células, biomateriais e moléculas biologicamente ativas para criar, reparar ou substituir tecidos. O tecido natural consiste em um componente estrutural, a matriz extracelular, ou ECM, e as células específicas do tecido que o habitam. O tecido projetado visa se assemelhar ao tecido natural o mais próximo possível, utilizando componentes estruturais naturais ou projetados e células específicas do tecido. Este vídeo introduzirá o campo da engenharia tecidual, demonstrará algumas técnicas e desafios comuns no campo e introduzirá algumas aplicações dessa tecnologia.</div><div class="chapter_text" id="script_1">Primeiro, vamos dar uma olhada nos componentes típicos do tecido projetado. O tecido é formado pela primeira vez criando um andaime usando um bioma material. O andaime de tecido destina-se a fornecer estrutura e imitar o ECM natural. O andaime de tecido pode tomar muitas morfologias diferentes, como um tapete de fibra, ou um hidrogel, dependendo do tipo de tecido desejado. De qualquer forma, o bioma material utilizado deve promover a adesão celular e a interação celular desejável. Alternativamente, um andaime descelularizado de um órgão doador também pode ser usado para fornecer estrutura ao novo tecido. O próximo componente são as células. Todos os tecidos utilizam células vivas, que definem o tipo de tecido. Por exemplo, fibroblastos são usados para fazer pele, e condrócitos são usados para fazer cartilagem. As células usadas no tecido projetado podem vir de várias fontes. As células primárias são extraídas do tecido nativo, o que requer que o tecido nativo seja picado e digerido com uma enzima para liberar as células. Alternativamente, podem ser usadas células secundárias, que estão disponíveis em um banco de celular. No entanto, essas células não são específicas do paciente e podem causar rejeição. Finalmente, as células-tronco também podem ser usadas, que são células indiferenciadas que são capazes de dar origem a diferentes formas de células especializadas, ou se replicarem. Para criar o tecido, as células selecionadas são semeadas no andaime tecidual, juntamente com fatores de crescimento necessários para incentivar a formação de tecidos. Os andaimes semeados são então permitidos a crescer em uma cultura estática. Alternativamente, reatores especializados de cultura tecidual podem ser usados para semear e cultivar o tecido projetado.</div><div class="chapter_text" id="script_2">Agora que os componentes do tecido projetado foram introduzidos, vamos dar uma olhada em alguns métodos comuns usados no campo. A fabricação do andaime tecidual pode ser o fator mais crítico na determinação das propriedades mecânicas do tecido. Uma morfologia popular do andaime é o andaime eletrospun, que é esteira de fibras de microescamas. O eletropinning é feito aplicando uma tensão entre uma placa de coleta e a ponta de uma seringa contendo o biomamaterial. Isso cria microfibras, que são permitidas a coleta até que o tapete atinja os requisitos necessários para o andaime. Deve ter microporos interligados para permitir que células e nutrientes migrem; área de superfície adequada para promover a adesão celular; e propriedades mecânicas que combinam com tecido nativo. Em seguida, uma técnica chave usada para cultivar tecido é um reator de cultura tecidual. Andaimes de tecido são frequentemente semeados com células através de técnicas de gotícula ou submersão, e permitidos a crescer em cultura estagnada. No entanto, o tecido natural, como os vasos sanguíneos, crescem sob estimulação mecânica. Os reatores de cultura tecidual visam imitar condições fisiológicas, como o fluxo pulsante nas artérias, a fim de influenciar o comportamento e o crescimento das células endoteliais e musculares na artéria.</div><div class="chapter_text" id="script_3">Há muitos desafios enfrentados neste campo, no entanto. A principal limitação do tecido in vitro projetado é a falta de sistemas de vasos sanguíneos. Os tecidos naturais possuem vascularização, que fornece nutrientes e remove resíduos. No entanto, o tecido projetado depende fortemente da difusão, que limita o fornecimento de nutrientes e o tamanho do tecido. Uma estratégia para a vascularização é focada no uso de andaimes sintéticos com vasculatura incorporada, o que poderia auxiliar na entrega de nutrientes ao tecido. Embora os benefícios do tecido projetado sejam de longo alcance, é difícil produzir tecido em uma escala grande o suficiente para uso clínico. Para implantação, as células devem primeiro ser colhidas do paciente e depois expandidas e cultivadas em um andaime. Isso exigiria sistemas de cultura celular separados para cada paciente. Além do tempo significativo necessário para essas etapas, os desafios regulatórios e os altos custos dificultam a implementação ampla neste momento.</div><div class="chapter_text" id="script_4">Agora que você já viu alguns dos métodos atuais e desafios da engenharia de tecidos, vamos dar uma olhada em algumas aplicações da tecnologia. A engenharia de tecidos pode ser usada em cicatrização crônica de feridas ou queimaduras. Um método é usar um andaime de tecido contendo fatores de crescimento, mas sem células. A matriz descelularizada promove a migração das células e incentiva o crescimento do tecido. Alternativamente, para feridas profundas, uma matriz contendo células pode ser usada, que se integra ao tecido do hospedeiro. Eventualmente, os pesquisadores pretendem ser capazes de substituir totalmente os órgãos danificados. Atualmente, isso é abordado utilizando a cultura dos órgãos. Primeiro, o órgão doador, como um pulmão neste caso, é descelularizado e sua estrutura nativa mantida, em seguida, o pulmão é recelularizado com células do paciente. Isso limitaria a rejeição e a necessidade de um doador compatível.</div><div class="chapter_text" id="script_5">Você acabou de ver a visão geral do Jove sobre engenharia de tecidos. Agora você deve estar familiarizado com alguns conceitos e métodos básicos no campo, bem como alguns dos principais desafios e aplicações. Obrigado por assistir.</div>

visão geral da engenharia de tecidos

A engenharia de tecidos visa criar tecido artificial a partir de biomateriais, células específicas e fatores de crescimento. Essas construções de tecidos projetados têm benefícios de longo alcance, com possibilidades de substituição de órgãos e reparação de tecidos.
Este vídeo introduz o campo da engenharia tecidual e examina os componentes do tecido projetado. Este vídeo também descreve alguns métodos proeminentes usados para criar o andaime tecidual, introduzir uma população celular e incentivar o crescimento e a proliferação. Finalmente, alguns dos principais desafios e aplicações importantes da tecnologia são demonstrados.

Visão geral da Engenharia de Tecidos

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

A Engenharia de Tecidos é um campo da medicina regenerativa que usa células, biomateriais e moléculas biologicamente ativas para criar, reparar ou substituir tecidos. O tecido natural consiste em um componente estrutural, a matriz extracelular, ou MEC, e as células específicas do tecido que a habitam. O tecido projetado visa se assemelhar ao tecido natural o mais próximo possível, usando componentes estruturais naturais ou projetados e células específicas do tecido. Este vídeo apresentará o campo da engenharia de tecidos, demonstrará algumas técnicas e desafios comuns no campo e apresentará algumas aplicações dessa tecnologia. Primeiro, vamos dar uma olhada nos componentes típicos do tecido projetado. O tecido é formado pela criação de um andaime usando um biomaterial. O andaime de tecido destina-se a fornecer estrutura e imitar a ECM natural. O andaime de tecido pode ter muitas morfologias diferentes, como um tapete de fibra ou um hidrogel, dependendo do tipo de tecido desejado. Em qualquer caso, o biomaterial utilizado deve promover a adesão celular e a interação celular desejável. Alternativamente, um andaime descelularizado de um órgão doador também pode ser usado para fornecer estrutura ao novo tecido. O próximo componente são as células. Todos os tecidos utilizam células vivas, que definem o tipo de tecido. Por exemplo, os fibroblastos são usados para fazer a pele e os condrócitos são usados para fazer cartilagem. As células usadas no tecido projetado podem vir de várias fontes. As células primárias são extraídas do tecido nativo, o que requer que o tecido nativo seja picado e digerido com uma enzima para liberar as células. Alternativamente, células secundárias, que estão disponíveis em um banco de células, podem ser usadas. No entanto, essas células não são específicas do paciente e podem causar rejeição. Por fim, também podem ser utilizadas células-tronco, que são células indiferenciadas capazes de dar origem a diferentes formas de células especializadas, ou se replicar. Para criar o tecido, as células selecionadas são semeadas no andaime do tecido, juntamente com os fatores de crescimento necessários para estimular a formação do tecido. Os andaimes semeados são então deixados crescer em uma cultura estática. Alternativamente, reatores especializados em cultura de tecidos podem ser usados para semear e cultivar o tecido projetado. Agora que os componentes do tecido projetado foram introduzidos, vamos dar uma olhada em alguns métodos comuns usados no campo. A fabricação do andaime de tecido pode ser o fator mais crítico na determinação das propriedades mecânicas do tecido. Uma morfologia popular do andaime é o andaime eletrofiado, que é um tapete de fibras em microescala. A eletrofiação é feita aplicando uma voltagem entre uma placa coletora e a ponta de uma seringa contendo o biomaterial. Isso cria microfibras, que podem se acumular até que o tapete atinja os requisitos necessários para o andaime. Deve ter microporos interconectados para permitir que células e nutrientes migrem; área de superfície adequada para promover a adesão celular; e propriedades mecânicas que correspondem ao tecido nativo. Em seguida, uma técnica chave usada para cultivar tecidos é um reator de cultura de tecidos. Os andaimes de tecido são frequentemente semeados com células por meio de técnicas de gotículas ou submersão e podem crescer em cultura estagnada. No entanto, o tecido natural, como os vasos sanguíneos, cresce sob estimulação mecânica. Os reatores de cultura de tecidos visam mimetizar condições fisiológicas, como o fluxo pulsátil nas artérias, a fim de influenciar o comportamento e o crescimento das células endoteliais e musculares na artéria. No entanto, existem muitos desafios enfrentados neste campo. A principal limitação do tecido projetado in vitro é a falta de sistemas de vasos sanguíneos. Os tecidos naturais possuem vascularização, que fornece nutrientes e remove resíduos. No entanto, o tecido projetado depende muito da difusão, o que limita o suprimento de nutrientes e o tamanho do tecido. Uma estratégia de vascularização é focada no uso de scaffolds sintéticos com vasculatura embutida, que poderiam auxiliar na entrega de nutrientes ao tecido. Embora os benefícios do tecido projetado sejam de longo alcance, é difícil produzir tecido em escala grande o suficiente para uso clínico. Para implantação, as células devem primeiro ser colhidas do paciente e depois expandidas e cultivadas em um andaime. Isso exigiria sistemas de cultura de células separados para cada paciente. Além da quantidade significativa de tempo necessária para essas etapas, os desafios regulatórios e os altos custos dificultam a implementação ampla neste momento. Agora que você viu alguns dos métodos e desafios atuais da engenharia de tecidos, vamos dar uma olhada em algumas aplicações da tecnologia. A engenharia de tecidos pode ser usada na cicatrização de feridas crônicas ou queimaduras. Um método é usar um andaime de tecido contendo fatores de crescimento, mas sem células. A matriz descelularizada promove a migração de células e estimula o crescimento dos tecidos. Alternativamente, para feridas profundas, pode ser usada uma matriz contendo células, que se integra ao tecido do hospedeiro. Eventualmente, os pesquisadores pretendem ser capazes de substituir totalmente os órgãos danificados. Atualmente, isso é abordado por meio da cultura de órgãos. Primeiro, o órgão doador, como um pulmão neste caso, é descelularizado e sua estrutura nativa mantida, depois o pulmão é recelularizado com células do paciente. Isso limitaria a rejeição e a necessidade de uma correspondência de doadores. Você acabou de assistir a Visão geral da engenharia de tecidos de Jove. Agora você deve estar familiarizado com alguns conceitos e métodos básicos no campo, bem como alguns dos principais desafios e aplicações. Obrigado por assistir.

Education

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Engineering

Engenharia

Bioengineering

Bioengenharia

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 coleção abrange os principais conceitos da bioengenharia, que incluem a produção de biomateriais, culturas histotípicas e de órgãos inteiros, técnicas de bioprocessamento e os complexos campos de nível de sistema de bioMEMs e biosensoriamento.

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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