Doku Mühendisliği Deneysel Yaklaşımlar

Benim adım Ali Kamasi ve şu anda Harvard MIT'nin Sağlık Bilimleri ve Teknolojisi Bölümü'nde yardımcı doçent olarak görev yapıyorum. Ve Harvard Tıp Okulu ile, özellikle Harvard Tıp Okulu'nun bir iştiraki olan Brigham and Women's Hospital'da ortak bir randevum var. Araştırma alanlarım ise mikro ölçekli doku mühendisliği ve biyom alanıdır.

Bu yüzden akademik olarak geçmişim daha fazla ve başlangıçta kimya mühendisliğinde başladı. Lisans eğitimimi Toronto Üniversitesi'nde kimya mühendisliği alanında yaptım ve daha sonra biyoloji odaklı mühendislere çok ilgi duymaya başladım. Bu yüzden Toronto Üniversitesi'nde biyomedikal mühendisliği üzerine yüksek lisans yaptım ve özellikle kök hücre farklılaşması üzerine çalıştım.

Sonra MIT'ye geldim ve doktoramı Robert Langer'ın Profesörü ile biyomühendislik alanında yaptım. Ve sonrasında, birkaç aylık doktora sonrası çalışmadan sonra şu anki pozisyonuma katıldım. Odaklandığımız araştırma alanları aslında biyoloji, mühendislik ve malzeme bilimi arasındaki arayüzde yer alıyor.

Yapmaya çalıştığımız şey, biyo-biyologların uzun zamandır cevaplamaya çalıştıkları soruları ele almaya çalışmak, ama bunu daha önce yapılamayan bir şekilde, yeni teknolojiler ve yeni bakış açıları getirerek, bu soruları anlamaya çalışmak. Ve ele almaya çalıştığımız en büyük tıbbi problemlerden biri de bu organ kıtlığı. Potansiyel olarak nakledilebilecek üç boyutlu organları nasıl üretiriz, bilirsiniz, çünkü, bilirsiniz, açıkçası büyük bir organ pro benzeri kıtlık var ve birçok hasta nakledilebilir organlara ihtiyaç duyuyor ve çok büyük bekleme listeleri var.

Bizim ve doku mühendisliği alanındaki diğer insanların yapmaya çalıştığı şeylerden biri, yapay dokular yapabileceğimiz yaklaşımlar üretmeye çalışmak. Ve aynı kavram boyunca, şu anda var olan en büyük sorunlardan biri, aynı zamanda ilaç keşfi ve yeni ilaçlar bulma konusunda, vücut dışındaki dokuları temsil eden daha iyi modelleri nasıl üretebileceğimizdir, böylece ilaçları ve kimyasalları test edebilir ve bu tür dokular üzerindeki etkilerinin ne olduğunu görebiliriz. Ve bunu düzgün bir şekilde yapabildiğimizde, hangi ilaçların gerçekten etkili olacağına dair çok daha iyi bir öngörü davranışına sahip olabiliriz.

Yani, bilirsiniz, onaylandıktan sonra ilaçların geri çağrılması ve yan etkileri olmaz ve çok daha iyi bir ilaç keşif sürecine sahip olabilirsiniz. Mikroakışkan cihazlar, mikro ölçekli teknolojiler dediğimiz şeyin bir alt bölümüdür. Ve bu mikro ölçekli teknolojilerde ne var, ben, belki bununla başlayan şeyi açıklayacağım.

Yapmaya çalıştıkları şey, biyolojik dokuların veya biyolojik sistemlerin karmaşıklığını taklit etmeye çalışmaktır. Yani çoğu hücre onlarca mikrometre civarındadır. Ve bu boyutlardaki hücreleri gerçekten anlamak için, bir hücrenin ne gördüğünü ve ne algıladığını, 10 mikrometreden çok daha küçük ile 10 mikrometreden daha büyük uzunluk ölçeklerinde tasarlayabilecek teknolojilere sahip olmanız gerekir.

Böylece tek tek hücrelere sahip olabilir ve çevrelerini manipüle edebileceksiniz. Mikroakışkanlar gibi bir sistemin yapmamıza izin verdiği şey, çözünür faktörlerin hücrelere nasıl iletildiği üzerinde çok sıkı bir kontrole sahip olmamızı sağlamak. Bunun bir örneği, bir mikroakışkan kanala sahip olabilmek ve orada a, bir kemokin veya bir büyüme faktörü veya bir sitokin konsantrasyon gradyanı oluşturabilmektir.

Ve şimdi yapmamıza izin verdiği şey, normal gelişim sırasında veya bir organizma boyunca hücreye ne yaptığını, ne yapması gerektiğini söyleyen konsantrasyon gradyanlarının olduğu biyolojik sistemler içinde olanları taklit etmeye çalışmak. Mikroakışkan sistemlerle, bu tür biyolojik karmaşıklığı çok hızlı ve kontrollü bir şekilde üretebilir ve daha sonra bu tür konsantrasyon gradyanlarına veya biyolojik ve mekansal olarak yönlendirilmiş sinyallere maruz kaldığımızda hücre davranışını doğrudan analiz edebiliriz. Doku mühendisliği muhtemelen 20, 30 yıl önce, nakledilebilir hücreleri kullanma ve bunları malzemelerle birleştirme fikriyle ortaya çıktı, böylece daha iyi üç boyutlu dokular üretebiliriz ve aslında başlangıçta biyolojik olarak parçalanabilen malzemeler elde etmeye, onlardan köpük yapmaya çalışan insanlar tarafından başlatıldı.

Ve böylece, bilirsiniz, bunlar çok gözenekli yapılardır. Ve sonra bu köpükleri hücrelerle tohumlamak. Hücreler bu köpüğün içinde hareket ettikçe, belirli yerlere yerleşirler ve zaman geçtikçe, hücreler kendi biyolojik matrislerini biriktirmeye başlarlar.

Ve bu malzemeler biyolojik olarak parçalanabilir olduğundan, malzemeler zamanla bozulur ve geriye tamamen biyolojik bir doku kalır. Ve bu yaklaşım özellikle, bilirsiniz, kıkırdak gibi bazı basit organlar için yararlı olmuştur. Ve aslında FDA onaylı yapay cildimiz gibi şeyler oldu.

Bu yüzden klinik olarak uygulanabilir oldu. Bu yaklaşımın potansiyel olarak daha fazla yardım kullanabileceği yerler, kalp veya karaciğer gibi daha karmaşık yapılarla ilgilidir, burada gerçekten çok kontrollü hücre hücresi etkileşimleri ve mikro ölçekte çok kontrollü karmaşıklık ve mimariye sahip olursunuz. Doku mühendisliği ile ilgili orijinal fikirlerden biri, hücreleri koyduğunuzda, hücrelerin normal vücutta gördüğünüz bu karmaşıklığın bir kısmını oluşturmak için kendilerini yeniden düzenlemeleriydi.

Ama bu, ve bu bir dereceye kadar olur, ama tamamen olmaz. Yani mikroyapı düzeyinde bir doku mühendisliği organı, yine de gerçekten yerli bir biyolojik dokudan farklı olacaktır. Ve bunun nedeni, hücrelerin gelişim sırasında, sırasında, tamamen oldukları gibi kendilerini bir araya getirmemeleridir.

Yapmaya çalıştığımız şey, mikro ölçekte ve mikro ölçekte hareketli doku mühendisliği ile ilgili olarak, bu karmaşıklığı yeniden yakalamaya çalışmak. Peki bunu nasıl yapacağız? Peki, oluşturmak istediğimiz karmaşıklıklar nelerdir?

Şey, şey, vaskülarizasyon dokuları çok, çok vaskülerdir ve bu, dokuya oksijen, besin ve ihtiyaç duyduğu diğer şeyleri sağlar. Yani şu anda büyük doku yapılarını gerçekten tasarlamak ve tüm hücrelere uygun miktarda besin ve oksijen sağlayabilmek çok zor. Mikro ölçekli teknolojilerin yapmamıza izin verdiği bir şey, aslında potansiyel olarak mikro damar sistemini doğrudan üç boyutlu yapılarımızda mühendisliğini yapmaktır.

Mikro ölçekli teknolojilerin yapmamıza izin verdiği bir başka şey de, farklı hücre tiplerinin bu üç boyutlu yapı içinde nasıl etkileşime girdiğini kontrol etmeye çalışmaktır. Bu nedenle, belirli bir yapıda bir hücre tipine sahip olmak ve onun yanında, tıpkı vücutta olduğu gibi ikincil bir hücre tipine sahip olmak isteyebilirsiniz. Ve mikro ölçekli teknolojileri kullanarak, vücutta bulunan bu tür geometrileri ve karmaşıklıkları üç boyutlu yapımızda yeniden yakalamaya çalışabiliriz.

Bu nedenle, doğrudan iskelelerin içinde kendi kendilerine bir araya gelmelerini ummak zorunda değiliz. Bir takım zorluklar var. Dokuları nasıl tasarlayabileceğimizle ilgili ana zorluklardan biri, üç boyutlu bir doku yapsak bile, yine de işlevsel olmasını istiyoruz ve normal dokuların yaptığı çeşitli mekanik ve biyokimyasal metabolik işlevler var, bu doku mühendisliği organlarının yapması gereken, bilirsiniz, temelde yeniden yakalamak ve taklit etmek için.

Şu anda sorun olan şey, birçok doku mühendisliği organının doğal, bilirsiniz, biyolojik performanslarının gerisinde kalmasıdır. Ve sorunun bir kısmı, şu anda kullandığımız malzeme türleriyle ilgili olarak, çeşitli farklı uygulamalar için mutlaka optimize edilmiş olmalarıdır. Ve biliyorsunuz, biz, şu anda, bu üç boyutlu iskelelerdeki hücrelerin gerçekten bildiğiniz şeye kadar gitmesine izin veren koşulları yeniden yaratabilmek için gelişim biyolojisini ve yara iyileşmesinin biyolojisini daha iyi anlamamız gerekiyor, normal gelişim sırasında veya normal yara iyileşmesi sırasında vücutta olacakları gibi, böylece gerçekten yenilenmiş bir veya, Biliyorsunuz, gelişmiş dokular.

Ve biyoloji hala araştırılıyor ve geliştiriliyor. Yani, bilirsiniz, bu bir şey biyoloji, diğeri ise daha iyi malzemeler. Ve son olarak, bence büyük bir sorun hala hücre kaynağı.

İşte bu yüzden alternatif hücre kaynaklarını keşfetmeye çalışmak gerçekten önemli çünkü vücut hücrelerimiz, bilirsiniz, onlar, bilirsiniz, yetişkin kök hücreler çok, bilirsiniz, potansiyel olarak yaşayabilir hücre kaynaklarıdır. Ayrıca embriyonik ve insanların bulduğu yeni yaklaşımlar, bilirsiniz, deri hücrelerini veya diğer hücreleri kullanarak, aslında farklılaşmalarını yönlendirmeye çalışabileceğiniz ve canlı bir hücre kaynağı elde etmeye çalışabileceğiniz çok ilkel hücreler elde etmek için. Yani bunların üç ana problem olduğunu söyleyebilirim, bilirsiniz, daha iyi malzemeler, biyolojiyi daha iyi anlamak ve önümüzdeki beş yıl içinde daha iyi bir hücre kaynağı elde etmek.

Bu mikro ölçekli teknolojilerin hem biyologlar hem de doku mühendisleri için daha yaygın olarak uygulanabilir hale getirilmesi konusunda birçok değişiklik olacak. Sanırım birçok insan artık hem biyolojiyi incelemenin hem de mikro ölçekli çözünürlükte dokular üretmenin ne kadar önemli olduğunu fark ediyor. Ve inanıyorum ki bu, önümüzdeki birkaç yıl boyunca çok, bilirsiniz, devam eden bir trend olacak.

Ve bence başka bir husus da, ister klinik doktorlar olsun, ister FDA veya diğer düzenleyici kurumlar olsun, nihai nihai üründeki insanlar arasında çok daha fazla etkileşim olacak ve bilirsiniz, temelde ve iş adamları. Yani orada, bu varlıklarla giderek daha fazla etkileşim olacak, temel araştırmacılarla gerçekten geriye dönüp geliştirilen bilimin bir kısmını ticarileştirmedeki en büyük sorunların neler olduğunu görmeye çalışacaklar. Ve düşünüyorum da, bunu güvenli ve etik açıdan sorumlu bir şekilde nasıl yaparız.

Bence hem bilimsel olarak var ki, hala atılması gereken büyük adımlar var, ama aynı zamanda diğer şeylerle ilgili olarak, hala olacak, çok şey yapılacak ve bence en azından beş yıl, ilk birkaç adım olacak ve önümüzdeki 10, 15 yıl içinde, bu teknolojilerden bazılarının nasıl olduğuna göre işlerin gerçekten ilginçleşeceği zamandır. Özellikle hem doku mühendisliği hem de BT ile ilgili olarak, bu teknolojilerin ilaç keşif tahlillerine ve diğer şeylere uygulanması, gerçek, gerçek dünya uygulamalarında nasıl kullanılacağı gerçekten hangi organdan bahsettiğimize ve hangi tür bir uygulamadan bahsettiğimize bağlıdır. Açıkçası, yapay dokular için ilk ve en belirgin uygulama, daha iyi anlamaya çalıştığınız ilaç keşif alanı veya teşhis alanındadır, daha iyi fizyolojik modeller elde etmek için, vücut dışındaki bir doku kültüründe sahip olabileceğiniz ve bunları analiz edebileceğiniz, biyolojiyi daha iyi anlamak için onları araştırabileceğiniz veya anlamak için onları araştırabileceğiniz, Bilirsiniz, etkili kimyasallar veya ilaçlar. Ve bence, bu alanda, en büyük zorluk, doğal dokuyu taklit eden bir şeyi mümkün olduğunca eksiksiz bir şekilde elde etmektir, böylece eğer doku yapınız bir şeyin toksik olduğunu söylüyorsa, onu bir hayvana koyarsanız, o zaman o olacağından çok emin olabilirsiniz. Toksik olacak ve hayvanda ne tür bir tepki alacağınızı çok önceden tahmin edecektir.

Yani, ve bence gerçek terapötik uygulamalarla ilgili olarak, üstesinden gelinmesi gereken çok daha fazla engel var. Ve bence en önemlisi, en önemlisi, bu terapötik ajanların kısa ve uzun vadede nasıl davranacağıdır, çünkü hiç kimse gerçekten, bilirsiniz, yabancı hücrelerin, diyelim ki, doku mühendisliği veya kök hücre, embriyonik kök hücrelerden veya bilirsiniz, diğer insanlardan gelen hücreleri nasıl yönlendireceğini gerçekten anlamadı. uzun vadede kendi vücudumda veya bir başkasının vücudunda. Ve sonra diğeri, sanırım başka etik sorular da var, bilirsiniz, aslında, bilirsiniz, öyle mi, en iyi hücre kaynağı hangisidir, bilirsiniz, hem etik olarak meydan okuyan, hem etik olarak sorumlu, hem de bilimsel ve klinik olarak uygulanabilir ve aslında mühendislik organları ile ilgili olarak, bence asıl soru, hem güvenli hem de düzgün bir şekilde çalışacak bir şeye sahip olup olamayacağınızdır Ve bilirsiniz, Bildiğiniz gibi, her türlü doku mühendisliği organının üstesinden gelmesi gereken birçok düzenleyici mekanizma var.

Ve bence bu noktada FDA, insanların terapötik uygulamalar için tasarladığı biyolojik dokuları gerçekten nasıl düzenleyeceğini keşfetmeye başlıyor. Ve bence bu tür ürünlerin ticarileştirilmesi için bir veya iki öncelik var, ancak bir şeyi laboratuvardan nihai ürüne ulaştırmak için tam olarak ne olacağını tam olarak bildiğiniz çok standart bir yol yok Bu yapay biyolojik dokuların bazılarıyla ilgili olarak, bu gerçekten organa bağlıdır. Yani bazıları için, bilirsiniz, cilt gibi bir şey, bilirsiniz, bilirsiniz, zaten bizde var.

Kalp gibi bir şey için, tam kalp, çok uzakta olduğumuzu söyleyebilirim. Bilirsiniz, belki, bilirsiniz, muhtemelen 50 diyebilirim, bilirsiniz, çok muhafazakar olmak istiyorum. Daha erken olabilir, ancak doğru ve doğru karmaşıklığa sahip ve normal bir biyolojik doku gibi düzgün bir şekilde işlev gören bir şey elde etmek için birçok zorluk vardır.

Ama bence kalp dokusu gibi daha küçük bir şey, bilirsiniz, ve tam bir kalp değil, çok daha yakınız. Ve diyebilirim ki, bilirsiniz, klinik bir uygulama ve aslında düzenleyici süreçten geçen bir şeyle ilgili olarak, bilirsiniz, 15 yıl içinde bir şey yapmak mümkündür, bilirsiniz, gerçekten nakledilebilir kalp dokusu parçalarına sahip olmak, yapabilirsiniz, yapabilirsiniz. Ve bence bunun çoğu düzenleyici aşamada olacak çünkü şu anda bir ilacı onaylamak 12 yıl sürüyor.

Yani şu anda mükemmel olduğunu düşündüğümüz bir şeye sahip olsak bile, bilirsiniz, güvenli olduğundan emin olmak ve aynı zamanda uygun işlevi yerine getirdiğinden emin olmak en az on yıl alacak, böylece onu geniş çapta yaygın bir şekilde hastalarda.