What are the main components of engineered tissue?

Engineered tissue consists of three key components: a biomaterial scaffold that mimics the natural extracellular matrix, tissue-specific cells that define the tissue type, and growth factors that encourage tissue formation. The scaffold provides structure and promotes cell adhesion, while cells such as fibroblasts for skin or chondrocytes for cartilage give the tissue its functional identity.

How does electrospinning create tissue scaffolds?

Electrospinning applies voltage between a collection plate and a syringe tip containing biomaterial, creating micro-scale fibers that collect into a mat. The resulting scaffold must have interconnected micropores for cell and nutrient migration, adequate surface area for cell adhesion, and mechanical properties matching native tissue. This technique produces fiber mats suitable for various tissue types.

What sources of cells can be used in tissue engineering?

Three cell sources are available for tissue engineering: primary cells extracted from native tissue through enzymatic digestion, secondary cells from cell banks that are readily available but may cause rejection, and stem cells that are undifferentiated and can differentiate into specialized cell types or self-replicate. Each source has distinct advantages and limitations for clinical applications.

Why is vascularization a major challenge in tissue engineering?

Natural tissues possess vascularization that delivers nutrients and removes waste, but engineered tissue relies on diffusion, which severely limits nutrient supply and restricts tissue size. This limitation prevents the creation of large, thick tissues needed for organ replacement. Researchers are developing synthetic scaffolds with built-in vasculature to address this critical challenge.

How do tissue culture reactors improve engineered tissue growth?

Tissue culture reactors mimic physiological conditions such as pulsatile flow found in arteries, providing mechanical stimulation that influences cell behavior and growth. Unlike static culture, these specialized systems promote development of endothelial and muscle cells by replicating the dynamic environment of natural tissue, leading to more functional engineered constructs.

What are the clinical applications of tissue engineering?

Tissue engineering treats chronic wounds and burns using decellularized matrices with growth factors to promote cell migration, or cell-containing matrices that integrate into host tissue. Researchers also pursue organ replacement through organ culture, where donor organs are decellularized and recellularized with patient cells, reducing rejection risk and eliminating donor matching requirements.

What barriers prevent tissue-engineered products from reaching clinical use at scale?

Scaling tissue engineering for clinical use requires separate cell culture systems for each patient, involving time-intensive cell harvesting, expansion, and culturing on scaffolds. Regulatory challenges and high production costs further complicate broad implementation. These factors make it difficult to produce tissue in quantities sufficient for widespread clinical deployment.

Visão geral da Engenharia de Tecidos

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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.

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.

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.

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.

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.

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.

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A engenharia de tecidos visa criar tecido artificial a partir de biomateriais, células específicas e fatores de crescimento. Essas construções de teci…