Обзор тканевой инженерии

Тканевая инженерия — это область регенеративной медицины, которая использует клетки, биоматериалы и биологически активные молекулы для создания, восстановления или замены тканей. Естественная ткань состоит из структурного компонента, внеклеточного матрикса, или ВКМ, и тканеспецифических клеток, которые его населяют. Сконструированная ткань стремится как можно ближе напоминать естественную ткань, используя природные или инженерные структурные компоненты и тканеспецифические клетки. Это видео познакомит вас с областью тканевой инженерии, продемонстрирует некоторые распространенные методы и проблемы в этой области, а также познакомит с некоторыми областями применения этой технологии.

Во-первых, давайте рассмотрим типичные компоненты инженерной ткани. Ткань формируется путем создания каркаса с использованием биоматериала. Тканевый каркас предназначен для придания структуры и имитации естественной ВКМ. Тканевый каркас может принимать множество различных морфологий, таких как волокнистый коврик или гидрогель, в зависимости от желаемого типа ткани. В любом случае, используемый биоматериал должен способствовать клеточной адгезии и желательному взаимодействию между клетками. В качестве альтернативы, децеллюляризованный каркас из донорского органа также может быть использован для придания структуры новой ткани. Следующий компонент – клетки. Во всех тканях используются живые клетки, которые и определяют тип ткани. Например, фибробласты используются для создания кожи, а хондроциты — для изготовления хрящей. Клетки, используемые в инженерных тканях, могут поступать из нескольких источников. Первичные клетки извлекаются из нативной ткани, что требует, чтобы нативная ткань была измельчена и переварена ферментом для высвобождения клеток. В качестве альтернативы можно использовать вторичные ячейки, которые доступны в банке клеток. Однако эти клетки не специфичны для пациента и могут вызывать отторжение. Наконец, также могут быть использованы стволовые клетки, которые представляют собой недифференцированные клетки, способные давать начало различным формам специализированных клеток или воспроизводить себя. Чтобы создать ткань, выбранные клетки засеваются на тканевый каркас вместе с необходимыми факторами роста, способствующими формированию ткани. Затем семенным каркасам дают расти в статичной культуре. В качестве альтернативы можно использовать специализированные реакторы для культивирования тканей для посева и выращивания сконструированной ткани.

Теперь, когда компоненты инженерной ткани были представлены, давайте рассмотрим некоторые распространенные методы, используемые в этой области. Изготовление тканевого каркаса может быть наиболее важным фактором в определении механических свойств ткани. Популярной морфологией скаффолда является электропрядущий каркас, который представляет собой мат из микроволокон. Электроспиннинг осуществляется путем подачи напряжения между сборной пластиной и кончиком шприца, содержащего биоматериал. При этом создаются микроволокна, которые дают собираться до тех пор, пока мат не достигнет необходимых требований к каркасу. Он должен иметь взаимосвязанные микропоры, чтобы позволить клеткам и питательным веществам мигрировать; достаточная площадь поверхности для содействия клеточной адгезии; и механические свойства, соответствующие нативной ткани. Далее, ключевым методом, используемым для выращивания тканей, является реактор для культивирования тканей. Тканевые каркасы часто засеваются клетками с помощью капель или методом погружения и позволяют расти в застойной культуре. Однако естественные ткани, такие как кровеносные сосуды, растут при механической стимуляции. Реакторы для культивирования тканей нацелены на имитацию физиологических условий, таких как пульсирующий поток в артериях, чтобы влиять на поведение и рост эндотелиальных и мышечных клеток в артерии.

Однако в этой области возникает множество проблем. Основным ограничением тканей, сконструированных in vitro, является отсутствие систем кровеносных сосудов. Естественные ткани обладают васкуляризацией, которая обеспечивает организм питательными веществами и выводит шлаки. Тем не менее, искусственная ткань в значительной степени зависит от диффузии, которая ограничивает поступление питательных веществ и размер ткани. Одна из стратегий васкуляризации сосредоточена на использовании синтетических каркасов со встроенной сосудистой сетью, которые могут помочь в доставке питательных веществ к тканям. Несмотря на то, что преимущества сконструированной ткани имеют далеко идущие последствия, трудно производить ткань в достаточно больших масштабах для клинического использования. Для имплантации клетки должны быть сначала собраны у пациента, а затем расширены и культивированы на каркасе. Для этого потребуются отдельные системы клеточных культур для каждого пациента. В дополнение к значительному количеству времени, необходимого для выполнения этих шагов, проблемы с регулированием и высокие затраты затрудняют их широкое внедрение на данном этапе.

Теперь, когда вы ознакомились с некоторыми современными методами и проблемами тканевой инженерии, давайте рассмотрим некоторые области применения этой технологии. Тканевая инженерия может быть использована для заживления хронических ран или ожогов. Один из методов заключается в использовании тканевого каркаса, содержащего факторы роста, но не содержащего клеток. Децеллюляризованный матрикс способствует миграции клеток и стимулирует рост тканей. В качестве альтернативы, для глубоких ран можно использовать матрицу, содержащую клетки, которая интегрируется в ткани хозяина. В конечном счете, исследователи стремятся иметь возможность полностью заменять поврежденные органы. В настоящее время к этому подходят с помощью органной культуры. Сначала донорский орган, в данном случае легкий, децеллюляризуется и его нативная структура сохраняется, затем легкое рецеллюляризуется клетками пациента. Это ограничило бы отвержение и необходимость в подборе донора.

Вы только что посмотрели «Обзор тканевой инженерии» Юпитера. Теперь вы должны быть знакомы с некоторыми основными концепциями и методами в этой области, а также с некоторыми ключевыми проблемами и приложениями. Спасибо за просмотр.