组织工程概述

Bioengineering

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Summary

组织工程学是一个新兴的领域, 目的是创造人工组织从生物材料, 特定细胞和生长因子。 这些工程组织结构具有深远的好处, 有可能的器官置换和组织修复。

该视频介绍了组织工程领域, 并检查了工程组织的组成部分。这部影片还概述了一些突出的方法, 用于创建组织支架, 引入一个细胞的人口, 并鼓励增长和增殖。最后, 论证了该技术的一些关键挑战和重要应用。

Cite this Video

JoVE Science Education Database. 生物工程. 组织工程概述. JoVE, Cambridge, MA, (2018).

组织工程学是一个再生医学领域, 它使用细胞、生物材料和生物活性分子来创造、修复或替换组织。天然组织由结构成分, 细胞外基质, 或 ECM, 以及其所居住的组织特异细胞组成。工程组织的目的是尽可能接近天然组织, 使用自然或工程结构成分和组织特异细胞。本视频将介绍组织工程领域的一些常见的技术和挑战, 并介绍该技术的一些应用。

首先, 让我们来看看工程组织的典型成分。组织的形成首先使用生物材料创建一个支架。组织支架的目的是提供结构和模仿自然 ECM。组织支架可以采取许多不同的形态, 如纤维垫, 或水凝胶, 取决于所需的组织类型。在任何情况下, 使用的生物材料必须促进细胞黏附力和理想的细胞相互作用。另外, 从捐赠器官的细胞支架也可以用来为新组织提供结构。下一个组件是单元格。所有组织使用活细胞, 定义组织类型。例如, 成纤维细胞被用来制造皮肤, 软骨细胞被用来制造软骨。在工程组织中使用的细胞可以来自几个来源。原细胞是从原生组织中提取的, 这就要求本机组织被切碎并用一种酶进行消化以释放细胞。或者, 可以使用从单元库中获得的辅助单元。然而, 这些细胞不是特定于病人的, 可能导致排斥。最后, 干细胞也可以被使用, 这是不分化的细胞, 能够产生不同形式的专门细胞, 或复制自己。为了创造组织, 选定的细胞在组织支架上被播种, 连同必要的生长因子来鼓励组织的形成。然后, 种子支架可以在静止的培养中生长。另外, 专门的组织培养反应器可以用于种子和生长的工程组织。

现在, 已介绍了工程组织的组成部分, 让我们来看看一些常用的方法在该领域。组织支架的制备是决定组织力学性能的最关键因素。一种常见的支架形态是纺支架, 它是微尺度纤维垫。静电纺丝是通过在收集板和含有该生物材料的注射器尖端之间施加电压来完成的。这创造纤维, 允许收集, 直到席子达到必要的要求为脚手架。它必须有相互连接的微, 以允许细胞和养分迁移;充分的表面积促进细胞黏附;与天然组织相匹配的机械特性。其次, 一种用于生长组织的关键技术是组织培养反应器。组织支架通常通过飞沫或浸没技术在细胞中播种, 并允许在停滞的培养中生长。然而, 自然组织, 如血管, 在机械刺激下生长。组织培养反应器旨在模拟动脉内的脉动流等生理条件, 以影响血管内皮和肌肉细胞的行为和生长。

然而, 这一领域面临着许多挑战。体外工程组织的主要缺陷是缺乏血管系统。天然组织拥有血管, 它提供养分并去除废物。然而, 工程组织严重依赖于扩散, 这就限制了营养物质的供应和组织大小。血管化的一种策略是将合成支架与内置血管结合使用, 这可以帮助向组织输送养分。虽然工程组织的好处是深远的, 但很难在足够大的规模上生产组织以供临床使用。对于植入, 细胞必须先从病人身上采集, 然后在支架上进行扩张和培养。这将需要每个病人单独的细胞培养系统。除了这些步骤所需的大量时间外, 管理方面的挑战和高昂的成本使得在这一点上难以广泛实施。

现在你已经看到了组织工程的一些方法和挑战, 让我们来看看这项技术的一些应用。组织工程可用于慢性创面或烧伤愈合。一种方法是使用含有生长因子但没有细胞的组织支架。细胞基质促进细胞的迁移, 并鼓励组织生长。另外, 对于深部的伤口, 可以使用含有细胞的基质, 将其整合到宿主的组织中。最终, 研究人员的目标是能够完全取代受损的器官。目前, 这是利用器官文化。首先, 捐献器官, 例如肺在这种情况下, 是细胞和它的本机结构维护, 然后肺是 recellularized 与细胞从患者。这将限制拒绝和捐助者匹配的需要。

你刚刚看了朱庇特的组织工程学概述。现在您应该熟悉该领域中的一些基本概念和方法, 以及一些关键的挑战和应用。谢谢收看

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