هندسة الأنسجة على المصفوفات ذات البنية النانوية. هندسة الأنسجة – نافذة على الطب الحديث الإمكانيات الحديثة لهندسة الأنسجة

تم تصنيف هندسة الأنسجة في السابق كحقل فرعي للمواد البيولوجية، ولكنها نمت في نطاقها وأهميتها ويمكن اعتبارها حقلاً فرعيًا في حد ذاتها. تتطلب الأقمشة خصائص ميكانيكية وهيكلية معينة لتعمل بشكل صحيح. يشير مصطلح "هندسة الأنسجة" أيضًا إلى تعديل وظائف كيميائية حيوية محددة باستخدام الخلايا في نظام دعم تم إنشاؤه صناعيًا (على سبيل المثال، البنكرياس الاصطناعي، أو الكبد الاصطناعي). غالبًا ما يستخدم مصطلح "الطب التجديدي" بشكل مترادف مع هندسة الأنسجة، على الرغم من أن الطب التجديدي يركز بشكل أكبر على استخدام الخلايا الجذعية لإنتاج الأنسجة.

عادة، يُنظر إلى هندسة الأنسجة، كما ذكر لانجر وفاكانتي، على أنها "مجال متعدد التخصصات يطبق مبادئ الهندسة والبيولوجيا لتطوير البدائل البيولوجية التي تستعيد أو تحافظ على أو تحسن وظيفة الأنسجة أو العضو بأكمله". تم تعريف هندسة الأنسجة أيضًا على أنها "فهم مبادئ نمو الأنسجة وتطبيقها على إنتاج بدائل الأنسجة الوظيفية للاستخدام السريري". في المزيد وصف تفصيليينص على أن "الافتراض الأساسي لهندسة الأنسجة هو أن استخدام المواد الطبيعية النظم البيولوجيةسيسمح لك بتحقيق نجاح أكبر في التنمية الطرق العلاجيةتهدف إلى استبدال وإصلاح وصيانة و/أو توسيع وظيفة الأنسجة."

يمكن الحصول على الخلايا من الأنسجة السائلة، مثل الدم، بعدة طرق، عادةً عن طريق الطرد المركزي. يصعب الحصول على الخلايا من الأنسجة الصلبة. عادة، يتم فرم الأنسجة ثم هضمها باستخدام إنزيمات التربسين أو الكولاجيناز لإزالة المصفوفة خارج الخلية التي تحتوي على الخلايا. بعد ذلك، يُسمح للخلايا بالطفو بحرية ويتم استخراجها كما لو كانت من الأنسجة السائلة. يعتمد معدل التفاعل مع التربسين بشكل كبير على درجة الحرارة، وتسبب درجات الحرارة المرتفعة ضررًا كبيرًا للخلايا. يتطلب الكولاجيناز درجات حرارة منخفضة، وبالتالي يكون فقدان الخلايا أقل، لكن التفاعل يستغرق وقتًا أطول، ويعتبر الكولاجيناز نفسه كاشفًا باهظ الثمن. غالبًا ما يتم زرع الخلايا في هياكل صناعية يمكنها دعم تكوين أنسجة ثلاثية الأبعاد. وتسمى هذه الهياكل السقالات.

لتحقيق هدف إعادة بناء الأنسجة، يجب أن تستوفي السقالات بعض المتطلبات المحددة. مسامية عالية وحجم مسام محدد، وهي ضرورية لتعزيز زرع الخلايا وانتشارها في جميع أنحاء البنية، سواء الخلايا أو العناصر الغذائية. غالبًا ما تكون القابلية للتحلل البيولوجي عاملاً مهمًا، حيث يتم امتصاص الأخشاب في الأنسجة المحيطة دون داع استئصال جراحي. يجب أن يتطابق معدل حدوث التحلل قدر الإمكان مع معدل تكوين الأنسجة: وهذا يعني أنه في حين أن الخلايا المصنعة قد أنشأت بنية مصفوفية طبيعية خاصة بها حول نفسها، فإنها قادرة بالفعل على توفير السلامة الهيكلية في الجسم، وفي النهاية ونتيجة لذلك، سيتم كسر السقالات، مما يترك نسيجًا تم تشكيله حديثًا والذي سيتحمل الحمل الميكانيكي.

تم بحث مجموعة متنوعة من مواد السقالات (الطبيعية والاصطناعية، القابلة للتحلل والدائمة). وكانت معظم هذه المواد معروفة في المجال الطبي حتى قبل ظهور هندسة الأنسجة كموضوع بحثي، وكانت تستخدم بالفعل، على سبيل المثال، في جراحة الخياطة. من أجل تطوير السقالات ذات الخصائص المثالية (التوافق الحيوي، عدم المناعة، الشفافية، وما إلى ذلك)، تم تصميم مواد جديدة لها.

يمكن أيضًا بناء السقالات من مواد طبيعية: على وجه الخصوص، تمت دراسة مختلف مشتقات المصفوفة خارج الخلية وقدرتها على دعم نمو الخلايا. تعتبر المواد البروتينية مثل الكولاجين أو الفيبرين والسكريات مثل الشيتوزان أو الجليكوزامينوجليكان (GAG) مناسبة من حيث التوافق، ولكن لا تزال بعض الأسئلة مفتوحة. قد تكون المجموعات الوظيفية للسقالة مفيدة في توصيل الجزيئات الصغيرة (الأدوية) إلى أنسجة معينة.

أنابيب الكربون النانوية

الأنابيب النانوية الكربونية عبارة عن هياكل أسطوانية ممتدة يبلغ قطرها من واحد إلى عدة عشرات من النانومترات ويصل طولها إلى عدة سنتيمترات، وتتكون من واحدة أو عدة مستويات من الجرافيت سداسية الشكل ملفوفة في أنبوب وتنتهي عادة برأس نصف كروي، والذي يمكن اعتباره نصف جزيء الفوليرين.

وكما هو معروف، تم اكتشاف الفوليرين (C60) من قبل مجموعة سمالي وكروتو وكيرل في عام 1985، والذي تم منح هؤلاء الباحثين عنه جائزة في عام 1996 جائزة نوبلفي الكيمياء. بخصوص أنابيب الكربون النانويةفمن المستحيل تحديد التاريخ الدقيق لافتتاحها. على الرغم من أنه من المعروف أن إيجيما لاحظ بنية الأنابيب النانوية متعددة الجدران في عام 1991، إلا أن هناك أدلة سابقة على اكتشاف أنابيب الكربون النانوية. لذلك، على سبيل المثال، في 1974 - 1975. نشر إندو وآخرون عددًا من الأوراق البحثية التي تصف الأنابيب الرفيعة التي يبلغ قطرها أقل من 100 نانومتر والتي تم تحضيرها عن طريق تكثيف البخار، ولكن لم يتم إجراء دراسة أكثر تفصيلاً للهيكل.

في عام 1977، سجلت مجموعة من العلماء من معهد التحفيز التابع للفرع السيبيري لأكاديمية العلوم في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية، أثناء دراسة تفحيم محفزات نزع هيدروجين الحديد والكروم تحت المجهر، تشكيل "التشعبات الكربونية المجوفة"؛ وهي آلية تم اقتراح التشكيل ووصف هيكل الجدران. في عام 1992، نُشر مقال في مجلة Nature، ذكر أنه تم ملاحظة الأنابيب النانوية في عام 1953. وقبل ذلك بعام، في عام 1952، أفاد مقال للعلماء السوفييت رادوشكيفيتش ولوكيانوفيتش عن مراقبة مجهرية إلكترونية لألياف يبلغ قطرها حوالي 100 نانومتر، تم الحصول عليها من التحلل الحراري لأكسيد الكربون على محفز الحديد. هذه الدراسات أيضا لم تستمر.

هناك العديد من الأعمال النظرية للتنبؤ بهذا الشكل المتآصل للكربون. في عمله، كان الكيميائي جونز (ديدالوس) يفكر في أنابيب ملفوفة من الجرافيت. في عمل L. A. Chernozatonsky وآخرون، الذي نُشر في نفس العام الذي نُشر فيه عمل Iijima، تم الحصول على أنابيب الكربون النانوية ووصفها، ولم يتنبأ M. Yu. Kornilov بوجود أنابيب نانوية كربونية أحادية الجدار في عام 1986 فحسب، بل اقترح أيضًا مرونتهم الكبيرة.

هيكل الأنابيب النانوية

الأنبوب النانوي المثالي هو عبارة عن مستوى من الجرافيت ملفوف في أسطوانة، أي سطح مبطن بأشكال سداسية منتظمة مع ذرات الكربون في القمم. تعتمد نتيجة مثل هذه العملية على زاوية اتجاه مستوى الجرافيت بالنسبة لمحور الأنبوب النانوي. وتحدد زاوية الاتجاه بدورها عدم انطباق الأنبوب النانوي، وهو ما يحدد، على وجه الخصوص، خصائصه الكهربائية.

رسم بياني 1. لف مستوى من الجرافيت لإنتاج أنبوب نانوي (n، m).

للحصول على أنبوب نانوي لا انطباقي (n, m)، يجب قطع مستوى الجرافيت على طول اتجاهات الخطوط المنقطة ولفه على طول اتجاه المتجه R

يُطلق على الزوج المرتب (n، m) الذي يشير إلى إحداثيات الشكل السداسي، والذي، نتيجة طي المستوى، أن يتزامن مع السداسي الموجود في أصل الإحداثيات، اسم عدم تناظر الأنبوب النانوي ويتم تعيينه. هناك طريقة أخرى للإشارة إلى اللامركزية وهي الإشارة إلى الزاوية α بين اتجاه طي الأنبوب النانوي والاتجاه الذي تشترك فيه الأشكال السداسية المجاورة في جانب مشترك. ومع ذلك، في هذه الحالة ل وصف كامليجب أن تشير هندسة الأنبوب النانوي إلى قطره. تحدد مؤشرات اللامركزية للأنبوب النانوي أحادي الجدار (m, n) بشكل فريد قطره D. والعلاقة المشار إليها لها الشكل التالي:

حيث d 0 = 0.142 نانومتر هي المسافة بين ذرات الكربون المجاورة في مستوى الجرافيت.

العلاقة بين مؤشرات عدم التناظر (m، n) والزاوية α تعطى بالعلاقة:

من بين الاتجاهات المختلفة الممكنة لطي الأنابيب النانوية، يتم تمييز تلك الاتجاهات التي لا تتطلب محاذاة الشكل السداسي (n، m) مع أصل الإحداثيات تشويهًا لبنيتها. تتوافق هذه الاتجاهات، على وجه الخصوص، مع الزوايا α = 0 (تكوين الكرسي بذراعين) و α = 30° (تكوين متعرج). تتوافق التكوينات المشار إليها مع chirities (n، 0) و (2m، m)، على التوالي.

الأنابيب النانوية أحادية الجدار

إن بنية الأنابيب النانوية أحادية الجدار التي تمت ملاحظتها تجريبيا تختلف في كثير من النواحي عن الصورة المثالية المعروضة أعلاه. بادئ ذي بدء، يتعلق الأمر برؤوس الأنابيب النانوية، وشكلها، كما يلي من الملاحظات، بعيد عن نصف الكرة المثالي. يحتل ما يسمى بالأنابيب النانوية ذات الكرسي ذو الذراعين أو الأنابيب النانوية ذات اللامركزية مكانًا خاصًا بين الأنابيب النانوية أحادية الجدار (10، 10). في الأنابيب النانوية من هذا النوع، تكون اثنتين من روابط C-C الموجودة في كل حلقة سداسية الأعضاء موجهة بالتوازي مع المحور الطولي للأنبوب. يجب أن يكون للأنابيب النانوية ذات البنية المماثلة بنية معدنية بحتة.

الأنابيب النانوية متعددة الجدران

تختلف الأنابيب النانوية متعددة الجدران عن الأنابيب النانوية أحادية الجدار في مجموعة متنوعة من الأشكال والتكوينات. يتجلى تنوع الهياكل في الاتجاهين الطولي والعرضي. هيكل نوع "الدمى الروسية" عبارة عن مجموعة من الأنابيب الأسطوانية المتداخلة بشكل محوري مع بعضها البعض. شكل آخر من هذا الهيكل هو مجموعة من المنشورات المحورية المتداخلة داخل بعضها البعض. وأخيرا، فإن آخر الهياكل المذكورة أعلاه يشبه التمرير. وتتميز جميع الهياكل بمسافة بين طبقات الجرافيت المتجاورة تقترب من قيمة 0.34 نانومتر، وهي متأصلة في المسافة بين المستويات المتجاورة من الجرافيت البلوري.

يعتمد تنفيذ بنية معينة من الأنابيب النانوية متعددة الجدران في حالة تجريبية محددة على ظروف التوليف. يشير تحليل البيانات التجريبية المتاحة إلى أن البنية الأكثر شيوعًا للأنابيب النانوية متعددة الجدران هي بنية تحتوي على أقسام من "دمية التعشيش الروسية" ونوع "الورق المعجن" تقع بالتناوب على طولها. في هذه الحالة، يتم إدخال "أنابيب" أصغر بشكل تسلسلي في أنابيب أكبر.

تحضير أنابيب الكربون النانوية

لقد اتبع تطوير طرق تصنيع أنابيب الكربون النانوية (CNTs) مسار خفض درجات حرارة التوليف. بعد إنشاء تقنية إنتاج الفوليرين، تم اكتشاف أنه أثناء تبخر القوس الكهربائي لأقطاب الجرافيت، إلى جانب تكوين الفوليرين، يتم تشكيل هياكل أسطوانية ممتدة. كان عالم المجهر سوميو إيجيما، باستخدام المجهر الإلكتروني النافذ (TEM)، أول من حدد هذه الهياكل على أنها أنابيب نانوية. تتضمن طرق درجات الحرارة المرتفعة لإنتاج الأنابيب النانوية الكربونية طريقة القوس الكهربائي. إذا قمت بتبخير قضيب الجرافيت (الأنود) في قوس كهربائي، فسيتم تشكيل تراكم (ترسب) من الكربون الصلب على القطب المقابل (الكاثود)، والذي يحتوي قلبه الناعم على أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران بقطر 15- 20 نانومتر وطول أكثر من 1 ميكرومتر. تكوين الأنابيب النانوية الكربونية من سناج الفوليرين عند درجة حرارة عالية التأثيرات الحراريةتمت ملاحظة السخام لأول مرة من قبل مجموعتي أكسفورد والسويسرية. إن عملية تركيب القوس الكهربائي كثيفة الاستخدام للمعادن وتستهلك الطاقة، ولكنها عالمية لإنتاج أنواع مختلفة من المواد النانوية الكربونية. في هذه الحالة، هناك مشكلة كبيرة تتمثل في عدم توازن العملية أثناء الاحتراق القوسي. استبدلت طريقة القوس الكهربائي في وقت واحد طريقة التبخر بالليزر (الاستئصال) بحزمة الليزر. تركيب الاجتثاث عبارة عن فرن تقليدي مزود بتسخين مقاوم، وينتج درجة حرارة تبلغ 1200 درجة مئوية. وللحصول على درجات حرارة أعلى فيه يكفي وضع هدف كربون في الفرن وتوجيهه نحوه. شعاع الليزر، بالتناوب مسح كامل سطح الهدف.

وهكذا، حصلت مجموعة سمالي، باستخدام تركيبات باهظة الثمن مع ليزر قصير النبض، على أنابيب نانوية في عام 1995، مما أدى إلى "تبسيط" تكنولوجيا تصنيعها بشكل كبير. ومع ذلك، ظل إنتاج الأنابيب النانوية الكربونية منخفضًا. أدى إدخال إضافات صغيرة من النيكل والكوبالت إلى الجرافيت إلى زيادة إنتاجية الأنابيب النانوية الكربونية إلى 70-90٪. ومنذ تلك اللحظة بدأت مرحلة جديدة في فهم آلية تكوين الأنابيب النانوية. وأصبح من الواضح أن المعدن كان حافزا للنمو. هكذا ظهرت الأعمال الأولى حول إنتاج الأنابيب النانوية بطريقة درجات الحرارة المنخفضة - طريقة الانحلال الحراري الحفزي للهيدروكربونات (CVD)، حيث تم استخدام جزيئات معدنية من مجموعة الحديد كمحفز. أحد خيارات التركيب لإنتاج الأنابيب النانوية والألياف النانوية بطريقة CVD هو مفاعل يتم تزويده بغاز حامل خامل، يحمل المحفز والهيدروكربون إلى منطقة ذات درجة حرارة عالية. بطريقة مبسطة، آلية نمو الأنابيب النانوية الكربونية هي كما يلي. يذوب الكربون المتكون أثناء التحلل الحراري للهيدروكربونات في الجسيمات النانوية المعدنية.

عندما يتم الوصول إلى تركيز عالٍ من الكربون في الجسيم، يحدث "إطلاق" مواتٍ للطاقة للكربون الزائد على أحد وجوه جسيم المحفز على شكل غطاء شبه فوليرين مشوه. هذه هي الطريقة التي يولد بها الأنبوب النانوي. يستمر الكربون المتحلل في الدخول إلى جسيم المحفز، ومن أجل تصريف تركيزه الزائد في المصهور، من الضروري التخلص منه باستمرار. ويحمل نصف الكرة الصاعد (شبه الفوليرين) من سطح المنصهر معه الكربون الزائد المذاب، والذي تشكل ذراته خارج المصهور رابطة C-C، وهي عبارة عن إطار أنبوب نانوي أسطواني. تعتمد درجة حرارة انصهار الجسيم في الحالة النانوية على نصف قطره. كلما كان نصف القطر أصغر، انخفضت درجة حرارة الانصهار. ولذلك، فإن جسيمات الحديد النانوية التي يبلغ حجمها حوالي 10 نانومتر تكون في حالة منصهرة عند درجة حرارة أقل من 600 درجة مئوية. في الوقت الحالي، تم إجراء تخليق الأنابيب النانوية الكربونية في درجات حرارة منخفضة باستخدام الانحلال الحراري الحفزي للأسيتيلين في وجود جزيئات الحديد عند 550 درجة مئوية. خفض درجة حرارة التوليف لديه أيضا عواقب سلبية. عند درجات حرارة منخفضة، يتم الحصول على أنابيب الكربون النانوية ذات القطر الكبير (حوالي 100 نانومتر) وبنية معيبة للغاية مثل "الخيزران" أو الخلايا النانوية المتداخلة. تتكون المواد الناتجة من الكربون فقط، لكنها لا تقترب حتى من الخصائص الاستثنائية (على سبيل المثال، معامل يونج) التي لوحظت في أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار التي تم الحصول عليها عن طريق الاستئصال بالليزر أو تركيب القوس الكهربائي.

تُستخدم بنيات هندسة الأنسجة لإنشاء بدائل بيولوجية لاستعادة وظيفة الأنسجة أو تحسينها. يمكن الحصول على الخلايا، باعتبارها أحد مكونات البناء، من مصادر مختلفة وتكون في مراحل مختلفة من التمايز من خلايا سيئة التمايز إلى خلايا متخصصة شديدة التمايز. استعمار المصفوفة المعدة بواسطة الخلايا هو المشكلة الحاليةالطب الحيوي الحديث. في هذه الحالة، تؤثر خصائص سطح المصفوفة على استعمار الخلايا، بما في ذلك ارتباط الخلايا وانتشارها في جميع أنحاء المصفوفة.

تستخدم الطرق المعروفة حاليًا للحصول على التركيبات المهندسة الأنسجة تحضير معلق للخلايا والتطبيق المادي لهذا المعلق على مادة متوافقة حيويًا من خلال ترسيب ثقافة التعليق خطوة بخطوة لتشكيل طبقة أحادية ووضع المادة في المحلول. لفترة طويلة، كافية لاختراق الخلايا في كامل حجم المادة، بالإضافة إلى استخدام الطباعة الحيوية ثلاثية الأبعاد. تم اقتراح طرق مختلفة لتكوين أنسجة مكافئة للأعضاء الداخلية المجوفة، مثل مجرى البول والمثانة والقناة الصفراوية والقصبة الهوائية.

الأبحاث السريرية[ | ]

تمت دراسة الهياكل الهندسية للأنسجة القائمة على مواد متوافقة حيوياً الدراسات السريريةعلى المرضى الذين يعانون من أمراض المسالك البولية والأمراض الجلدية.

أنظر أيضا [ | ]

ملحوظات [ | ]

1. , Fox C. F. هندسة الأنسجة: وقائع ورشة عمل، عقدت في جرانليباكن، بحيرة تاهو، كاليفورنيا، 26-29 فبراير 1988. - آلان ر. ليس، 1988. - ت 107.
2. أتالا إيه، كاسبر إف كيه، ميكوس إيه جي.هندسة الأنسجة المعقدة // علوم الطب الترجمي. - 2012. - ط 4، رقم 160. - س.160rv12. - ISSN 1946-6234. - DOI:10.1126/scitranslmed.3004890.
3. Vasyutin I.A.، Lyndup A.V.، Vinarov A.Z.، Butnaru D.V.، Kuznetsov S.L.إعادة بناء مجرى البول باستخدام تقنيات هندسة الأنسجة. (بالروسية) // نشرة الأكاديمية الروسية علوم طبية. - 2017. - ت 72، رقم 1. - ص 17-25. - ISSN 2414-3545. - DOI:10.15690/vramn771.
4. بارانوفسكي دي إس، ليندوب إيه في، بارشين في دي.الحصول على ظهارة مهدبة كاملة وظيفيا في المختبر لهندسة أنسجة القصبة الهوائية (الروسية) // نشرة الأكاديمية الروسية للعلوم الطبية. - 2015. - ت 70 رقم 5. - ص 561-567. - ISSN 2414-3545. - DOI:10.15690/vramn.v70.i5.1442.
5. لورانس بي جي، ماديهالي إس في.استعمار الخلايا في مصفوفات مسامية ثلاثية الأبعاد قابلة للتحلل // التصاق الخلايا وهجرتها. - 2008. - ت.2، رقم 1. - ص 9-16.
6. ميرونوف ف. وآخرون. طباعة الأعضاء: هندسة الأنسجة ثلاثية الأبعاد بمساعدة الكمبيوتر // الاتجاهات في التكنولوجيا الحيوية. – 2003. – ر 21. – لا. 4. – ص 157-161. دوى:

في مؤخراهناك نمط مثير للقلق في جميع أنحاء العالم، يتمثل في زيادة عدد الأمراض والإعاقة بين الأشخاص في سن العمل، الأمر الذي يتطلب بشكل عاجل تطوير وإدخال أساليب جديدة وأكثر فعالية ويمكن الوصول إليها في الممارسة السريرية علاج إعادة التأهيلمريض.

إحدى هذه الطرق، إلى جانب الزرع والزرع، هي هندسة الأنسجة. تعد هندسة الخلايا والأنسجة أحدث التطورات في مجال البيولوجيا الجزيئية والخلوية. لقد فتح هذا النهج آفاقًا واسعة لإنشاء تقنيات طبية حيوية فعالة، والتي من خلالها أصبح من الممكن استعادة الأنسجة والأعضاء التالفة وعلاج عدد من الأمراض الأيضية البشرية الخطيرة.

الهدف من هندسة الأنسجة هو تصميم وزراعة الأنسجة أو الأعضاء الحية أو الوظيفية خارج جسم الإنسان لزراعتها لاحقًا للمريض من أجل استبدال أو تحفيز تجديد العضو أو الأنسجة التالفة. بمعنى آخر، يجب استعادة البنية الثلاثية الأبعاد للأنسجة في موقع الخلل.

لا يمكن للغرسات التقليدية المصنوعة من مواد خاملة إلا القضاء على أوجه القصور الفيزيائية والميكانيكية للأنسجة التالفة، على عكس الأنسجة المهندسة، التي تستعيد، من بين أمور أخرى، الوظائف البيولوجية (التمثيل الغذائي). وهذا هو، يحدث تجديد الأنسجة، وليس استبدالها البسيط بالمواد الاصطناعية.

ومع ذلك، لتطوير وتحسين أساليب الطب الترميمي على أساس هندسة الأنسجة، فمن الضروري تطوير مواد جديدة عالية الكفاءة. يجب أن تنقل هذه المواد المستخدمة في إنشاء النباتات الحيوية خصائص إلى الهياكل المهندسة الأنسجة التي تميز الأنسجة الحية. ومن هذه الخصائص:

• 1) القدرة على الشفاء الذاتي؛
• 2) القدرة على الحفاظ على إمدادات الدم.
• 3) القدرة على تغيير البنية والخصائص استجابة للعوامل بيئةبما في ذلك الحمل الميكانيكي.

العنصر الأكثر أهمية للنجاح هو وجود العدد المطلوب من الخلايا النشطة وظيفيا القادرة على التمايز، والحفاظ على النمط الظاهري المناسب، وأداء وظائف بيولوجية محددة. يمكن أن يكون مصدر الخلايا أنسجة الجسم و اعضاء داخلية. من الممكن استخدام الخلايا المناسبة من مريض يحتاج إلى علاج ترميمي، أو من قريب(الخلايا الذاتية). ويمكن استخدام الخلايا من أصول مختلفة، بما في ذلك الخلايا الأولية والخلايا الجذعية. الخلايا الأولية هي خلايا ناضجة من نسيج معين يمكن أخذها مباشرة من كائن متبرع (خارج الجسم الحي) عن طريق الجراحة. إذا تم أخذ الخلايا الأولية من كائن مانح محدد، وبعد ذلك كان من الضروري زرع هذه الخلايا فيه كمتلقي، فسيتم القضاء على احتمالية رفض الأنسجة المزروعة، نظرًا لأقصى قدر ممكن من التوافق المناعي للخلايا الأولية والخلايا الجذعية. المتلقي موجود. ومع ذلك، فإن الخلايا الأولية، كقاعدة عامة، غير قادرة على الانقسام - فإن قدرتها على التكاثر والنمو منخفضة. عند زراعة مثل هذه الخلايا في المختبر (من خلال هندسة الأنسجة)، فإن عدم التمايز، أي فقدان خصائص فردية محددة، يكون ممكنًا لبعض أنواع الخلايا. على سبيل المثال، غالبًا ما تنتج الخلايا الغضروفية المزروعة خارج الجسم غضروفًا ليفيًا وليس غضروفًا شفافًا.

وبما أن الخلايا الأولية غير قادرة على الانقسام وقد تفقد خصائصها المحددة، فهناك حاجة إلى مصادر خلايا بديلة لتطوير تقنيات هندسة الخلايا. أصبحت الخلايا الجذعية مثل هذا البديل.

الخلايا الجذعية هي خلايا غير متمايزة لديها القدرة على الانقسام والتجديد الذاتي والتمايز إلى أنواع مختلفة من الخلايا المتخصصة عند تعرضها لمحفزات بيولوجية محددة.

وتنقسم الخلايا الجذعية إلى "بالغة" و"جنينية". تتشكل الخلايا الجذعية الجنينية من كتلة الخلايا الداخلية للتطور الجنيني المبكر، بينما تتشكل الخلايا الجذعية البالغة من الأنسجة البالغة أو الحبل السري أو حتى الأنسجة الجنينية. ومع ذلك، هناك مشكلة أخلاقية مرتبطة بالتدمير الحتمي للجنين البشري عند الحصول على الخلايا الجذعية الجنينية. ولذلك، فمن الأفضل "استخراج" الخلايا من أنسجة كائن حي بالغ. على سبيل المثال، في عام 2007، اكتشف شينيا ياماناكا من جامعة كيوتو في اليابان خلايا جذعية مستحثة متعددة القدرات (iPSCs) تم الحصول عليها من الأنسجة البشرية التكاملية (الجلد بشكل رئيسي). توفر الخلايا iPSCs فرصًا غير مسبوقة حقًا للطب التجديدي، على الرغم من أن العديد من المشكلات لا تزال بحاجة إلى حل قبل أن تدخل بشكل جدي في الممارسة الطبية.

لتوجيه التنظيم، والحفاظ على نمو الخلايا وتمايزها أثناء إعادة بناء الأنسجة التالفة، يلزم وجود حاملة خلايا خاصة - مصفوفة، وهي عبارة عن شبكة ثلاثية الأبعاد تشبه الإسفنج أو الخفاف. لإنشائها، يتم استخدام المواد الاصطناعية الخاملة بيولوجيا، والمواد القائمة على البوليمرات الطبيعية (الكيتوزان، الجينات، الكولاجين) والمركبات الحيوية. على سبيل المثال، يتم الحصول على مكافئات الأنسجة العظمية عن طريق التمايز المباشر للخلايا الجذعية لنخاع العظم، دم الحبل السريأو الأنسجة الدهنية إلى خلايا عظمية، والتي يتم تطبيقها بعد ذلك على مواد مختلفة تدعم تقسيمها (على سبيل المثال، العظام المانحة، ومصفوفات الكولاجين، وما إلى ذلك).

اليوم، إحدى إستراتيجيات هندسة الأنسجة هي كما يلي:

• 1) اختيار وزراعة الخلايا الجذعية الذاتية أو المانحة؛
• 2) تطوير حامل خاص للخلايا (المصفوفة) يعتمد على مواد متوافقة حيويا؛
• 3) تطبيق ثقافة الخلية على المصفوفة وتكاثر الخلايا في مفاعل حيوي مع ظروف زراعة خاصة؛
• 4) الإدخال المباشر للبنية الهندسية النسيجية في منطقة العضو المصاب أو وضعها الأولي في منطقة مزودة جيدًا بالدم من أجل النضج وتشكيل دوران الأوعية الدقيقة داخل البنية (التصنيع المسبق).

بعد مرور بعض الوقت على غرسها في جسم المضيف، تختفي المصفوفات تمامًا (اعتمادًا على معدل نمو الأنسجة)، وستبقى الأنسجة الجديدة فقط في موقع الخلل. من الممكن أيضًا تقديم مصفوفة تم تشكيلها جزئيًا بالفعل نسيج جديد("مركب حيوي"). وبطبيعة الحال، بعد الزرع، يجب أن يحتفظ هيكل الأنسجة المهندسة ببنيته ووظائفه لفترة زمنية كافية لاستعادة الأنسجة التي تعمل بشكل طبيعي في موقع الخلل، والاندماج مع الأنسجة المحيطة. لكن للأسف مصفوفات مثالية ترضي الجميع الشروط الضرورية، لم يتم إنشاؤها بعد.

لقد فتحت تقنيات هندسة الأنسجة الواعدة إمكانية إنشاء أنسجة وأعضاء حية في المختبر، لكن العلم لا يزال عاجزًا عندما يتعلق الأمر بتكوين أعضاء معقدة. ومع ذلك، في الآونة الأخيرة نسبيا، حقق العلماء بقيادة الدكتور غونتر توفار من جمعية فراونهوفر في ألمانيا طفرة هائلة في مجال هندسة الأنسجة - فقد طوروا تقنية لإنشاء الأوعية الدموية. ولكن يبدو أنه من المستحيل إنشاء هياكل شعرية بشكل مصطنع، لأنها يجب أن تكون مرنة، مرنة، شكل صغيروفي نفس الوقت تتفاعل مع الأنسجة الطبيعية. ومن الغريب أنهم جاءوا للإنقاذ تقنيات الإنتاج- طريقة النماذج الأولية السريعة (وبعبارة أخرى، الطباعة ثلاثية الأبعاد). وهذا يعني أنه تتم طباعة نموذج ثلاثي الأبعاد معقد (وعاء دموي في حالتنا) على طابعة نفث الحبر ثلاثية الأبعاد باستخدام "حبر" خاص.

تقوم الطابعة بترسيب المادة في طبقات، وفي أماكن معينة يتم ربط الطبقات كيميائيًا. ومع ذلك، نلاحظ أنه بالنسبة لأصغر الشعيرات الدموية، فإن الطابعات ثلاثية الأبعاد ليست دقيقة بدرجة كافية بعد. وفي هذا الصدد تم تطبيق طريقة البلمرة المتعددة الفوتون المستخدمة في صناعة البوليمر. تعمل نبضات الليزر القصيرة والمكثفة التي تعالج المادة على إثارة الجزيئات بقوة بحيث تتفاعل مع بعضها البعض، وترتبط ببعضها البعض في سلاسل طويلة. وبهذه الطريقة، تتبلمر المادة وتصبح صلبة ولكنها مرنة، مثل المواد الطبيعية. يمكن التحكم في هذه التفاعلات بحيث يمكن استخدامها لإنشاء أصغر الهياكل وفقًا لـ "مخطط" ثلاثي الأبعاد.

ولكي تتمكن الأوعية الدموية التي تم إنشاؤها من الالتحام بخلايا الجسم، يتم دمج الهياكل البيولوجية المعدلة (على سبيل المثال، الهيبارين) والبروتينات "المرساة" أثناء تصنيع الأوعية. في المرحلة التالية، يتم تثبيت الخلايا البطانية (طبقة واحدة من الخلايا المسطحة التي تبطن السطح الداخلي للأوعية الدموية) في نظام “النبيبات” التي تم إنشاؤها بحيث لا تلتصق مكونات الدم بجدران الجهاز الوعائي، ولكن يتم نقلها بحرية على طوله.

ومع ذلك، سيستغرق الأمر بعض الوقت قبل أن يتم زرع الأعضاء المزروعة في المختبر بأوعية دموية خاصة بها.

في خريف عام 2008، أجرى رئيس عيادة جامعة برشلونة (إسبانيا) وكلية الطب في هانوفر (ألمانيا)، البروفيسور باولو ماتشياريني، أول تجربة عملية ناجحةعند زرع قصبة هوائية معدلة بيولوجيًا تعادل مريضًا مصابًا بتضيق يبلغ 3 سم في القصبة الهوائية الرئيسية اليسرى.

تم أخذ قطعة طولها 7 سم من القصبة الهوائية من الجثة لتكون مصفوفة للزرع المستقبلي، وللحصول على مصفوفة طبيعية تتفوق خصائصها على أي شيء يمكن صنعه من أنابيب البوليمر، تم تنظيف القصبة الهوائية من البيئة المحيطة. النسيج الضاموالخلايا المانحة ومستضدات التوافق النسيجي. يتكون التطهير من 25 دورة من التنشيط باستخدام 4% ديوكسيكولات الصوديوم وديوكسيريبونوكلياز I (استغرقت العملية 6 أسابيع). بعد كل دورة من دورة التنشيط، يتم إجراء فحص نسيجي للأنسجة لتحديد عدد الخلايا المنواة المتبقية، بالإضافة إلى دراسة كيميائية مناعية لتحديد وجود مستضدات التوافق النسيجي HLA-ABC، HLA-DR، HLA-DP وHLA-. DQ في الأنسجة. وباستخدام مفاعل حيوي من تصميمهم الخاص، قام العلماء بتطبيق تعليق الخلية بشكل موحد مع حقنة على سطح جزء يدور ببطء من القصبة الهوائية. تم بعد ذلك تدوير الكسب غير المشروع، الذي تم غمر نصفه في وسط الاستزراع، حول محوره لتعريض الخلايا للوسط والهواء بالتناوب.

بدأت هندسة الأنسجة (TI)، كتخصص، تاريخها في النصف الأول من القرن العشرين. كان أساس تأسيسها هو التطورات النظرية والعملية في إنشاء الأعضاء والأنسجة "الاصطناعية" والعمل على زرع الخلايا والمكونات النشطة بيولوجيا على الناقلات لاستعادة الضرر في أنسجة الجسم المختلفة (Langer R.، Vacanti J.P.، 1993). ).

تعد هندسة الأنسجة حاليًا أحد أحدث فروع الطب، استنادًا إلى مبادئ البيولوجيا الجزيئية والهندسة الوراثية. يهدف النهج متعدد التخصصات المستخدم في المقام الأول إلى إنشاء مواد مركبة حيوية جديدة لاستعادة الوظائف المفقودة للأنسجة الفردية أو الأعضاء ككل (سبيكتور إم، 1999). تتمثل المبادئ الأساسية لهذا النهج في تطوير وتطبيق ناقلات مصنوعة من مواد قابلة للتحلل الحيوي، والتي يتم استخدامها مع الخلايا المانحة و/أو المواد النشطة بيولوجيًا، عند زرعها في عضو أو نسيج تالف. على سبيل المثال، عند العلاج عملية الجرح- يمكن أن تكون هذه طبقات الكولاجين مع الخلايا الليفية، وفي جراحة الأوعية الدموية - الأوعية الاصطناعية مع مضادات التخثر (Vacanti S.A. et.al.، 1993). بالإضافة إلى ذلك، أحد المتطلبات الخطيرة لهذا النوع من المواد الحاملة هو أنها يجب أن توفر دعمًا موثوقًا به، أي وظيفة الدعم و/أو تكوين الهيكل في المنطقة المتضررة من الأنسجة أو العضو.

وبالتالي، فإن إحدى المهام الرئيسية لهندسة الأنسجة في علاج أمراض العظام هي إنشاء مركبات حيوية اصطناعية تتكون من مواد ألو و/أو مواد غريبة مع جزيئات نشطة بيولوجيًا (بروتينات تشكل العظام، وعوامل النمو، وما إلى ذلك) وقادرة على التحفيز. تكوين العظم. علاوة على ذلك، يجب أن تحتوي هذه المواد الحيوية على عدد من خصائص العظام الضرورية (Yannas I.V. et.al., 1984; Reddi A.H.et.al., 1987; Reddi A.H., 1998).

أولاً، يجب عليهم دعم نطاق الخلل.

ثانيًا، يجب أن تكون عظمية، أي أنها تحفز بشكل فعال الخلايا العظمية وربما الخلايا الوسيطة الأخرى على تكوين العظام.

وثالثاً، أن يكون لديه مؤشرات جيدة للتكامل الحيوي والتوافق الحيوي، أي أن يكون قابلاً للتحلل ولا يسبب تفاعلات التهابية ومناعية لدى المتلقي. الجودة الأخيرةيتم تحقيقه عادةً في مادة حيوية فقط عن طريق تقليل خصائصها المستضدية.

يتيح الجمع بين كل هذه الخصائص لهذه المواد الحيوية، بالتوازي مع الوظيفة الميكانيكية الداعمة، توفير التكامل الحيوي - نمو الخلايا والأوعية الدموية في بنية الزرع مع التكوين اللاحق للأنسجة العظمية.

من المعروف أن التأثير الداعم لأي مادة حيوية يتم ضمانه، كقاعدة عامة، من خلاله السمات الهيكلية. بالنسبة للمواد الحيوية، يرتبط هذا المؤشر عادةً ببنية الأنسجة الأصلية التي يتم الحصول عليها منها. بالنسبة للعظام، فإن المعالم الرئيسية لقوتها الهيكلية هي الخصائص الصلبة المرنة لمصفوفة العظام وحجم المسام الموجودة فيها (Marra P. G. 1998; Thomson R. C. et.al., 1998).

تشمل المواد الحيوية الأكثر شيوعًا ذات وظيفة دعم محددة بوضوح الهيدروكسيباتيت الاصطناعي والطبيعي (HA)، والسيراميك الحيوي، وحمض البولي جليكوليك، وبروتينات الكولاجين (Friess W., 1998).

حاليًا، يتم استخدام العديد منها لاستبدال عيوب العظام في طب الأسنان الجراحي وجراحة العظام والكسور. أشكال مختلفةهيدروكسيباتيت، ويختلف في شكل وحجم الجزيئات. من المعتقد أن الهيدروكسيباتيت الذي تم الحصول عليه صناعيًا يكاد يكون مطابقًا في التركيب الكيميائي والخصائص البلورية لهيدروكسيباتيت العظم الأصلي (Parsons J., 1988). لقد أظهر العديد من المؤلفين تجريبيًا وسريريًا أن استخدام الهيدروكسيباتيت له مزايا كبيرة مقارنة بمواد الزرع الأخرى. وبالتالي، فإن خصائصه الإيجابية تشمل مؤشرات مثل سهولة التعقيم، ومدة الصلاحية الطويلة، والمستوى العالي من التوافق الحيوي والارتشاف البطيء للغاية في الجسم (Volozhin A.I. et al., 1993). هيدروكسيباتيت هو مادة حيوية ومتوافقة للغاية مع العظام (جاركو م. وآخرون، 1977)، كما هو موضح من خلال الدراسات التجريبية. في عملية استبدال عيب عظمي بوجود GA تحت تأثيره السوائل البيولوجيةوإنزيمات الأنسجة، يمكن إعادة امتصاص الهيدروكسيباتيت جزئيًا أو كليًا (Klein A.A., 1983). من الواضح أن التأثير الإيجابي للهيدروكسيباتيت بعد غرسه في تجويف العظام لا يتم تفسيره فقط من خلال خصائص التوصيل العظمي للمادة، ولكن أيضًا من خلال قدرتها على امتصاص البروتينات الموجودة على سطحها والتي تحفز تكون العظم (Ripamonti U., Reddi A.H., 1992).

في الوقت الحالي، يتم الحصول على الجزء الأكبر من المواد الحيوية المستخدمة في ترميم عيوب العظام من الغضاريف و/أو الأنسجة العظمية لدى البشر أو الحيوانات المختلفة. في كثير من الأحيان، يتم استخدام مكونات أنواع أخرى من الأنسجة الضامة - الجلد، والأوتار، والسحايا، وما إلى ذلك - لصنع مواد مركبة. (Vope P.J.، 1979؛ Yannas I.V. et.al.، 1982؛ Chvapel M.، 1982؛ Goldberg V.M. et.al.، 1991؛ Damien C.J.، Parsons J.R.، 1991).

أشهر المواد الحيوية الحديثة هو الكولاجين. يرتبط استخدامه على نطاق واسع في الطب العملي بتطور الجراحة الترميمية والبحث عن مواد جديدة تؤدي وظائف الإطار والبلاستيك في تجديد الأنسجة. تشمل المزايا الرئيسية للكولاجين كمادة حيوية بلاستيكية انخفاض سميته واستضداده وقوته الميكانيكية العالية ومقاومته لأطراف الأنسجة الاصطناعية (Istranov L.P.، 1976). مصادر الكولاجين في صناعة المنتجات جراحة تجميليةتخدم الأنسجة الغنية بهذا البروتين الجلد والأوتار والتأمور والعظام. يستخدم محلول كولاجين الجلد الذي تنتجه شركة Collagen Corp على نطاق واسع في الممارسة الطبية. (بالو ألتو الولايات المتحدة الأمريكية)، تحت اسمي "Zyderm" و"Zyplast". وعلى أساس هذا الكولاجين تم تطوير العديد من المنتجات الطبية مثل الغرسات وأغطية الجروح والخيوط الجراحية لخياطة أسطح الجروح وغيرها.

في السبعينيات من القرن الماضي، تم الحصول على بيانات لأول مرة حول تأثير ترقيع الكولاجين على إصلاح أنسجة العظام. لقد وجد أن غرسات الكولاجين تعزز تكاثر الخلايا الليفية والأوعية الدموية للأنسجة المجاورة، ويبدو أنها تحفز تكوين أنسجة عظمية جديدة مع إعادة هيكلتها اللاحقة (Reddi A.H.، 1985). كمادة سريعة التحلل، تم استخدام الكولاجين أيضًا على شكل هلام لترميم عيوب العظام (De Balso A.M., 1976). تشير النتائج التي حصل عليها هذا المؤلف أيضًا إلى أن المستحضرات المعتمدة على الكولاجين قادرة على تحفيز تجديد أنسجة العظام.

وفي الوقت نفسه، ولتعويض عيوب الأنسجة العظمية، بدأت الأبحاث حول استخدام المواد المركبة الحيوية التي تحتوي على كل من الكولاجين والهيدروكسيباتيت. نعم لاجل جراحة الوجه والفكينوطب الأسنان الجراحي، تم تطوير تركيبات "Alveloform" و"Bigraft"، التي تحتوي على كولاجين ليفي جلدي منقى وجزيئات HA (Collagen Corp.، Palo Alto، الولايات المتحدة الأمريكية). تم استخدام هذه المواد الحيوية لاستعادة الحافة السنخية أثناء العلاج الجراحي للمرضى الذين يعانون من التهاب اللثة (Krekel G. 1981, Lemons M.M. 1984, Miller E. 1992). أثبتت الدراسات النسيجية والبنية التحتية أن التركيبة - الكولاجين وHA لها تأثير إيجابي على تجديد عظم العرف، ولكن في الوقت نفسه، يؤدي هذا النوع من المواد الحيوية بشكل أساسي وظائف الإطار والموصل، أي أنها تظهر خصائصها الموصلة للعظم. (ميليش د.ر.، 1989). في وقت لاحق، توصل العديد من الباحثين الآخرين إلى استنتاجات مماثلة، وحاليا يتم مشاركة وجهة النظر هذه من قبل معظم العلماء (Glimcher M.J.، 1987؛ Friess W.، 1992؛ VaccantiC.A. et.al.، 1993).

ومع ذلك، وفقًا لمجموعة أخرى من الباحثين، فإن المواد المركبة الحيوية التي تحتوي على الكولاجين الجلدي "Ziderm" والهيدروكسيباتيت الاصطناعي لها قوى معينة للعظم. وهكذا، كاثاجين وآخرون. (1984)، دراسة تأثير مادة كولابات التي تحتوي على الكولاجين الجلدي من النوع 1 وجزيئات الهيدروكسيباتيت شديدة التشتت على استعادة عيوب عظام عظم الفخذ في الأرانب، وجدت أن تجديد الأنسجة العظمية في حيوانات التجارب كان أسرع بخمس مرات منه في المجموعة الضابطة. شكلت هذه النتائج التجريبية الأساس لمزيد من استخدام مادة كولابات في الممارسة السريرية.

من المعروف أن الأكثر ملاءمة للزراعة والتكامل الحيوي اللاحق هي بلا شك الطعوم الذاتية، والتي يتم تحضيرها من أنسجة المريض نفسه وهذا يزيل تمامًا المضاعفات المناعية الرئيسية والأكثر عدوى أثناء عمليات الزرع اللاحقة (Enneking W.F. et.al., 1980; Summers) بي إن، آيزنشتاين إس إم، 1989؛ ريدي إيه إتش، 1985؛ غولدبرغ في إم وآخرون، 1991). ومع ذلك، يجب تحضير هذه المواد مباشرة قبل عملية الزرع، وإلا يجب أن يكون لدى العيادة بنك عظام لتخزين هذه المواد الحيوية، والتي في الواقع لا تتوفر إلا للمؤسسات الطبية الكبيرة جدًا بسبب التكلفة العالية لإعداد وتخزين هذه المواد. بالإضافة إلى ذلك، فإن إمكانيات الحصول على كميات كبيرة من المواد الذاتية محدودة للغاية وعندما يتم جمعها، كقاعدة عامة، يخضع المتبرع لتدخلات جراحية خطيرة. كل هذا يحد بشكل كبير من الاستخدام الواسع النطاق للطعم الذاتي (Bos G.D. et.al., 1983; Horowitz M.C. 1991). وبالتالي، في مجال علاج أمراض العظام، تواجه هندسة الأنسجة تحديًا حقيقيًا في إنشاء مواد مركبة حيويًا، والتي سيوفر استخدامها حلاً للعديد من المشكلات سواء في زراعة الخلايا أو تحفيز تكوين العظام في أماكن التلف، أو في تقليلها. تكاليف العمالة والمالية عند القضاء على تلف العظام لدى المرضى من مختلف الملامح.

حاليًا، من خلال جهود عدد من الباحثين العاملين في مجال هندسة الأنسجة، تم تطوير وإدخال المواد المركبة الحيوية، والتي تشمل كلاً من خلايا نخاع العظم الأصلية وخلايا السلائف العظمية اللحمية المزروعة في مزارع نخاع العظم أحادي الطبقة (جوبتا د.، 1982). ؛ بولدر إس، 1998). وجد هؤلاء المؤلفون أنه من أجل تحفيز تكون العظم بنجاح في موقع الزرع، من الضروري إنشاء كثافة أولية عالية من السلائف اللحمية - حوالي 108 خلايا. ومع ذلك، فإن مجرد إدخال تعليق هذه الخلايا لم يعط نتائج جيدة. في اتصال مع هذا نشأت هناك مشكلة خطيرةالبحث عن ناقلات لزراعة الخلايا في جسم المتلقي.

ولأول مرة مثل هذا الناقل، Gupta D. et. آل. (1982) اقترح استخدام مادة الزينوبون التي سبق أن تم نزع دهونها وإزالة الكلس منها. وقد وجد أيضًا أنه اعتمادًا على درجة تنقية الزينوبون، فإن نسبة ارتباط العناصر الخلوية بالحامل تزداد، وترتبط الخلايا بشكل أفضل بكثير بجزءها العضوي مقارنة بهيدروكسيباتيت العظم الطبيعي (هوفمان إس، 1999).

ومن بين المواد الاصطناعية، يستخدم السيراميك حاليًا على نطاق واسع كحامل لزراعة الخلايا (Burder S. 1998)، وهو عبارة عن هيدروكسيباتيت صناعي يتم الحصول عليه عن طريق معالجة فوسفات ثلاثي الكالسيوم في درجات حرارة عالية.

استخدم جراحو الأسنان المحليون الأنسجة الصلبة كحامل مناسب لزراعة الخلايا الليفية الخيفي. سحايا المخوأشار إلى أن استخدام هذا الكسب غير المشروع مع الخلايا الليفية في علاج التهاب اللثة المعمم المعتدل والشديد له عدد من المزايا مقارنة بطرق العلاج الأخرى (Dmitrieva L.A.، 2001).

في السابق، وفي سلسلة من الأعمال حول بناء "الجلد الاصطناعي"، تم اكتشاف أن نجاح ترميم هذا النسيج بعد تلفه يعتمد على حالة البيئة الدقيقة الخلوية في المنطقة المتضررة. من ناحية أخرى، يتم إنشاء البيئة الدقيقة نفسها من خلال مزيج مثالي من المكونات الرئيسية للمصفوفة بين الخلايا، مثل الكولاجين والبروتينات السكرية والبروتيوغليكان (Yannas I. et.al., 1980, 1984; Pruitt B., Levine N. ، 1984؛ مادن م وآخرون، 1994).

الكولاجين هو بروتين ليفي نموذجي. يتكون جزيئه الفردي، التروبوكولاجين، من ثلاث سلاسل بولي ببتيد حلزونية، تسمى سلاسل a، والتي يتم ملتوية معًا في حلزون مشترك واحد ومثبتة بواسطة روابط هيدروجينية. تحتوي كل سلسلة في المتوسط ​​على حوالي 1000 بقايا من الأحماض الأمينية. هناك مجموعتان رئيسيتان من السلاسل في الأنسجة العظمية - اثنتان 1 وواحدة 2 أو كولاجين من النوع 1 وثلاثة كولاجين 1-1 أو النوع الثالث. بالإضافة إلى الأنواع المذكورة، تم العثور على أشكال إسوية كولاجين أخرى في العظام بكميات صغيرة (Serov V.P., Shekhter A.B., 1981).

البروتيوغليكان هي مركبات معقدة من السكريات والبروتينات. السكريات التي تشكل البروتيوغليكان عبارة عن بوليمرات خطية مبنية من وحدات فرعية مختلفة من ثنائي السكاريد تتكون من أحماض اليورونيك (الجلوكورونيك والجالاكتورونيك والإيدورونيك) وN-أسيتيل هكسوسامين (IM-أسيتيل جلوكوزامين وN-أسيتيل جالاكتوزامين) والسكريات المحايدة (جالاكتوز ومانوز وزيلوز). . تسمى سلاسل السكاريد هذه بالجليكوز أمينوجليكان. يحتوي واحد على الأقل من السكريات الموجودة في ثنائي السكاريد على مجموعة كربوكسيل أو كبريتات سالبة الشحنة (Stacy M, Barker S, 1965). تحتوي أنسجة العظام الناضجة بشكل رئيسي على الجليكوزامينوجليكان المكبَّرت (sGAGs)، مثل الكوندرويتين 4 والكوندرويتين 6 كبريتات وكبريتات الديرماتان وكبريتات الكيراتان. يتم تنفيذ التخليق الحيوي للبروتيوغليكان في الأنسجة العظمية بشكل رئيسي عن طريق الخلايا العظمية المنشطة وإلى حد ما عن طريق الخلايا العظمية الناضجة (Juliano R.، Haskell S.، 1993؛ Wendel M.، Sommarin Y.، 1998).

إن الأهمية الوظيفية للجليكوزامينوجليكان الكبريتي في النسيج الضام (CT) كبيرة وترتبط في المقام الأول بتكوين ألياف الكولاجين والإيلاستين. تشارك الجليكوزامينوجليكان الكبريتية في جميع العمليات الأيضية للنسيج الضام تقريبًا ويمكن أن يكون لها تأثير تعديل على تمايز عناصرها الخلوية (Panasyuk A.F. et al., 2000). تعتمد العديد من مؤشرات تجديد الأشعة المقطعية على خصائصها النوعية والكمية في الأنسجة، بالإضافة إلى تفاصيل التفاعل مع المكونات الأخرى للمصفوفة بين الخلايا.

يعد تجديد واستعادة الأنسجة العظمية عبارة عن مجموعة معقدة من العمليات المتسلسلة، بما في ذلك تنشيط الخلايا العظمية (التجنيد والانتشار والتمايز) والتكوين المباشر لمصفوفة متخصصة - تمعدنها وإعادة تشكيل الأنسجة العظمية لاحقًا. علاوة على ذلك، فإن هذه الخلايا تكون دائمًا تحت سيطرة وتأثير عدد من العوامل البيولوجية والميكانيكية.

بواسطة الأفكار الحديثةتعتمد هندسة الأنسجة (TI) للأنسجة العظمية على ثلاثة مبادئ أساسية لضمان الاستبدال الناجح لهذا النسيج.

أولاً، المبدأ الأكثر أهمية عند إنشاء المواد الحيوية والهياكل اللازمة للزرع هو إعادة إنتاج الخصائص الأساسية لمصفوفة العظام الطبيعية، لأن البنية الفريدة للأنسجة العظمية لها التأثير الأكثر وضوحًا على عمليات التجديد. ومن المعروف أن هذه الخصائص للمطرس تعتمد على تركيبه ثلاثي الأبعاد وتركيبه الكيميائي، وكذلك على خواصه الميكانيكية وقدرته على التأثير على الأشكال الخلوية للنسيج الضام (CT).

تتضمن بنية المصفوفة معلمات مثل نسبة السطح إلى الحجم، ووجود نظام مسام، والأهم من ذلك، خصائصها الوظيفية والميكانيكية. من خلال هذه الخصائص، يبدو أن المصفوفة قادرة على تنظيم نمو الأوعية الدموية، وتوفير المحفزات الكيميائية للخلايا الداخلية، وتعديل ارتباط الخلايا، وتحفيز الانقسام، والتمايز، والتمعدن اللاحق. ويعتقد أن البنية ثلاثية الأبعاد للمصفوفة يمكن أن تؤثر ليس فقط على عمليات الحث، ولكن أيضًا على معدل التجديد نفسه.

لذلك، يجب أن تتمتع المادة الحيوية أو البنية التي تم إنشاؤها باستخدام هندسة الأنسجة بخصائص يمكنها، في ظل ظروف الجسم الحي، توفير كل من الخصائص الموصلة والحثية للمصفوفة الطبيعية. الأول يشمل مؤشرات مثل القدرة على ملء الحجم والحفاظ عليه، والتكامل الميكانيكي، وضمان نفاذية الخلايا والأوعية الدموية. الثاني - توفير تأثير مباشر أو غير مباشر على الأشكال الخلوية، وتحفيزها على تكوين الغضاريف و/أو الأنسجة العظمية.

المبدأ المهم التالي لنجاح هندسة الأنسجة العظمية المستهدفة هو استخدام الخلايا الخارجية و/أو تنشيط الخلايا الداخلية التي تشارك بشكل مباشر في عمليات تكوين هذا النسيج. في هذه الحالة، يمكن أن يكون مصدر هذه الخلايا هو جسد الشخص نفسه أو جسم المتبرع. على سبيل المثال، تم استخدام أنواع معينة من الخلايا، بدءًا من الخلايا اللحمية لنخاع العظم متعددة القدرات إلى الخلايا الشبيهة بالخلايا العظمية، بنجاح في التجارب على الحيوانات وفي العيادة.

كقاعدة عامة، عند إعادة الزرع في الجسم، تكون الخلايا السلفية اللحمية قادرة على التمايز إلى أشكال ناضجة، وتوليف مصفوفة، وتحفيز سلسلة من تفاعلات إصلاح الأنسجة العظمية الداخلية. في الوقت نفسه، هناك وجهة نظر بديلة حول استخدام المواد الحيوية المركبة تتضمن تأثيرها المباشر على العظام الداخلية وخلايا الأنسجة الضامة الأخرى، وتجنيدها (جاذبيتها) في منطقة الزرع، وتحفيز تكاثرها وزيادة نشاطها التخليقي الحيوي، مما يجبر هذه الخلايا لتكوين أنسجة العظام بشكل فعال. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون هذه المواد حاملات جيدة للخلايا حيث يمكن زراعة الخلايا الجذعية قبل الزرع. المفتاح الأخير لنجاح هندسة الأنسجة العظمية هو استخدام الجزيئات النشطة بيولوجيا، بما في ذلك عوامل النمو والسيتوكينات والهرمونات وغيرها من المواد النشطة بيولوجيا.

من أجل تحفيز تكوين العظام، فإن العوامل الأكثر شهرة هي البروتينات المتشكلة للعظام، وعامل النمو المحول - TGF-β، وعامل النمو الشبيه بالأنسولين IGF وعامل نمو بطانة الأوعية الدموية VEGF. لذلك، يمكن أن تكون المادة المركبة الحيوية مشبعة و/أو تحتوي على هذه الجزيئات النشطة بيولوجيا في بنيتها، مما يسمح باستخدامها أثناء الزرع كمخزن لمثل هذه المواد. يمكن أن يؤثر الإطلاق التدريجي لهذه العوامل بشكل فعال على العمليات ترميم العظام. بالإضافة إلى هذه المواد، قد تشتمل المواد المركبة على عناصر دقيقة وكبيرة، بالإضافة إلى جزيئات أخرى (السكريات والببتيدات والدهون وما إلى ذلك) التي يمكن أن تحفز وتحافظ على النشاط الفسيولوجي المتزايد للخلايا في استعادة الأنسجة العظمية.

يوجد حاليًا عدد كبير من المواد البلاستيكية الحيوية المختلفة التي لها خصائص موصلة للعظم و/أو موصلة للعظم. وبالتالي، فإن المواد التي تحتوي على هيدروكسيباتيت نقي تقريبًا (HA)، مثل Osteogaf، وBio-Oss، وOsteomin، وOstim، تظهر بشكل أساسي خصائص موصلة، على الرغم من أنها قادرة على ممارسة تأثير حث عظمي ضعيف. وتتكون مجموعة أخرى من المواد من أنسجة عظمية منزوعة المعادن كليًا أو جزئيًا، بالإضافة إلى مجموعات من هذه المواد مع مواد نشطة بيولوجيًا، مثل البروتينات المتشكلة للعظام و/أو عوامل النمو [Panasyuk A.F. وآخرون، 2004].

تظل أهم المتطلبات للمواد البلاستيكية الحيوية هي المعلمات مثل خصائصها المستضدية والحثية. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما تتطلب أنواع العمليات المختلفة مواد تتمتع، إلى جانب المؤشرات المذكورة أعلاه، بخصائص بلاستيكية أو قوة جيدة لإنشاء والحفاظ على الأشكال والتكوينات اللازمة عند ملء التجاويف وعيوب الأنسجة.

مع الأخذ في الاعتبار كل ما سبق، قامت شركة "Conectbiopharm" LLC بتطوير تقنية لإنتاج كولاجين العظام وجليكوزامينوجليكان كبريتات العظام (sGAG) وعلى أساسها تم تصنيع مواد بلاستيكية عظمية مركبة بيولوجيًا من سلسلة "Biomatrix" و"Osteomatrix". . والفرق الرئيسي بين هذه المجموعات من المواد الحيوية هو أن "Biomatrix" يحتوي على كولاجين العظام وجليكوزامينوجليكان كبريتات العظام، و"Osteomatrix"، الذي يحتوي على نفس المكونين الرئيسيين للأنسجة العظمية، ويحتوي أيضًا على هيدروكسيباتيت في شكله الطبيعي [Panasyuk A. F. وآخرون، 2004]. مصدر هذه المواد الحيوية هو العظام الإسفنجية والقشرية لمختلف الحيوانات، وكذلك البشر. لا يحتوي كولاجين العظام الذي يتم الحصول عليه باستخدام هذه التقنية على بروتينات أخرى، وفي ظل الظروف المختبرية، يكون غير قابل للذوبان عمليًا في المحاليل المركزة بدرجة كافية من القلويات والأحماض العضوية.

تسمح هذه الخاصية للمواد الحيوية بأن تكون خاملة ليس فقط فيما يتعلق بها الجهاز المناعيالجسم، ولكنها تكون أيضًا مقاومة للتحلل البيولوجي لفترة طويلة بعد غرسها. حاليًا، يتم استخدام طريقة تحفيز الخلايا بالبلازما الغنية بالصفائح الدموية (PRP) بشكل فعال لتسريع نمو العظام والأنسجة الرخوة. تعتبر هذه التكنولوجيا الحيوية الجديدة لهندسة الأنسجة المستهدفة والعلاج بالخلايا، وفقًا لبعض المؤلفين، إنجازًا حقيقيًا في الممارسة الجراحية. ومع ذلك، للحصول على هذه البلازما، هناك حاجة إلى معدات تقنية معينة، وفي بعض الحالات، موظفين مدربين تدريبا خاصا. إن استخدام مادة Biomatrix لهذه الأغراض يحل المشكلة الحقيقية تمامًا الحد الأدنى من التكاليفلأنه لا داعي لعزل الصفائح الدموية من دم المريض. في سلسلة من التجارب، أثبتنا أن مادة Biomatrix قادرة على القيام بذلك على وجه التحديد كميات كبيرةربط الصفائح الدموية الطرفية (الجدول 1).

الجدول 1. ربط الصفائح الدموية بواسطة كولاجين العظام.

* - تم تحضين 6 مل من الدم مع 1 جرام من كولاجين العظام (1 جرام من كولاجين العظام الجاف يشغل حجمًا يتراوح من 2 إلى 7 سم مكعب اعتمادًا على مساميته). يتم عرض البيانات في الجدول على أنها محتوى الصفائح الدموية في 1 مل من الدم بعد تمريرها عبر 1 سم مكعب من الكولاجين العظمي.

وبالتالي، فإن 1 سم مكعب من مادة Biomatrix الحيوية قادر على ربط جميع الصفائح الدموية تقريبًا (أكثر من 90٪) من 1 مل من الدم، أي من 226 إلى 304 مليون صفيحة. في هذه الحالة، يتم ربط الصفائح الدموية بواسطة كولاجين العظام بسرعة ويكتمل خلال بضع دقائق (الرسم البياني 1).

الرسم البياني 1. معدل ربط الصفائح الدموية بكولاجين العظام.

وقد وجد أيضًا أنه إذا تم استخدام المادة الحيوية Biomatrix دون تغطية بمضادات التخثر، فإن تكوين الجلطة يحدث على الفور تقريبًا. لقد ثبت الآن أن تركيز العمل للبلازما الغنية بالصفائح الدموية يبدأ بمليون صفيحة لكل ميكرولتر. ولذلك، للحصول على بلازما غنية بالصفائح الدموية، يجب تركيز الصفائح الدموية في المتوسط ​​5 مرات، ولكن مثل هذا العزل يتطلب تكاليف مالية كبيرة وتكاليف باهظة. تأكيد الخبرة العملية. بالإضافة إلى ذلك، لتنشيط الصفائح الدموية وإطلاق 7 عوامل نمو: 3 أنواع PDGF-aa، -bb، -ab، واثنين من عوامل النمو المحولة - TGF-β1 وβ2، عامل نمو بطانة الأوعية الدموية VEGF وعامل النمو الظهاري EGF - يجب أن تكون البلازما الغنية متخثر بالصفائح الدموية قبل الاستخدام. بالمقارنة مع الطرق المعروفة، يمكن للمادة الحيوية "Biomatrix" أن تزيد بشكل كبير من تركيز الصفائح الدموية. في الوقت نفسه، الكولاجين هو بالضبط البروتين الذي يمكنه تنشيط عامل هاجمان (عامل تخثر الدم الثاني عشر) والنظام المكمل.

من المعروف أن عامل هاجمان المنشط يؤدي إلى سلسلة من التفاعلات في نظام تخثر الدم ويؤدي إلى تكوين جلطة الفيبرين. يمكن لهذا العامل أو شظاياه أيضًا تنشيط نظام كاليكريين كينين في الدم. وبالتالي، فإن الكولاجين العظمي الموجود في تركيبة مواد Biomatrix وOsteomatrix قادر على تنشيط أنظمة التحلل البروتيني الرئيسية في بلازما الدم، المسؤولة عن الحفاظ على توازن الدورة الدموية وضمان ردود الفعل التجددية للجسم. على عكس البلازما الغنية بالصفائح الدموية، والتي ليس لها في حد ذاتها تأثير تحريضي للعظم، أي أنها لا تستطيع بدء تكوين العظام دون وجود خلايا عظمية، فإن مواد Biomatrix وOsteomatrix تتمتع بمثل هذه الإمكانية.

وهكذا، مع الزرع العضلي للمواد الحيوية "Biomatrix" وخاصة "Osteomatrix"، يتم تشكيل أنسجة عظمية خارج الرحم، مما يثبت بشكل مباشر النشاط العظمي لهذه المواد [Ivanov S.Yu. وآخرون، 2000]. إن الاستخدام المشترك للبلازما الغنية بالصفائح الدموية مع البروتين التشكلي للعظام المؤتلف، والذي يمكن أن يحفز خلايا النسيج الضام لتكوين أنسجة العظام، يحل هذه المشكلة، لكن هذا يؤدي إلى زيادة كبيرة في تكلفة هذه التقنية. تجدر الإشارة أيضًا إلى أن مواد سلسلة "Osteomatrix" تحتوي على هيدروكسيباتيت عظمي طبيعي، وهو قادر على التراكم على البروتينات التشكليبية العظمية السطحية التي تم تصنيعها بواسطة الخلايا العظمية، وبالتالي تحفيز تكوين العظم بشكل إضافي ("تحفيز العظم").

وفي الوقت نفسه، يتم إزالة الاعتراض على إمكانية تطور الورم بسبب استخدام البروتينات المؤتلفة تمامًا لأنه في حالة الاستخدام المماثل لمواد Biomatrix وOsteomatrix، توجد البروتينات الطبيعية فقط في منطقة الزرع أصل طبيعي. تتمتع مواد سلسلتي "Biomatrix" و"Osteomatrix" أيضًا بجودة فريدة أخرى - فهي قادرة على ربط الجليكوزامينوجليكان الكبريتي بألفة [Panasyuk A.F., Savashchuk D.A., 2007]. يحدث هذا الارتباط، في ظل ظروف مشابهة لربط الصفائح الدموية، في فترة زمنية قصيرة وتتجاوز كمية الجليكوزامينوجليكان المرتبطة بالكبريت بشكل كبير المعلمات الفسيولوجية (الجدول 2).

الجدول 2. ربط الجليكوسامينوجليكان الكبريتي بواسطة كولاجين العظام.

من المعروف الآن أنه عند استخدام كل من الكولاجين والهيدروكسيباتيت بشكل منفصل، فإنهما يتمتعان بشكل أساسي بخصائص موصلة للعظام، أي أنهما يمكنهما فقط لعب دور المادة "المسهلة" لتكوين عظام جديدة. ومع ذلك، يمكن أن يكون لهذه الجزيئات أيضًا تأثير تحريضي عظمي ضعيف على الخلايا العظمية العظمية بسبب بعض خصائصها البيولوجية.

يتم تعزيز هذا التأثير العظمي من خلال الاستخدام المشترك لهذين النوعين من الجزيئات. من ناحية أخرى، إذا كانت الجليكوزامينوجليكان الكبريتية موجودة أيضًا، إلى جانب الكولاجين والهيدروكسيباتيت، في المواد الحيوية، فإن هذا المركب سيكون أقرب في هيكله إلى مصفوفة العظام الطبيعية، وبالتالي، يتمتع بخصائصه الوظيفية إلى حد أكبر. ومن المعروف أن الجليكوزامينوجليكان الكبريتي يؤثر على العديد من مؤشرات استقلاب الأنسجة الضامة.

إنهم قادرون على تقليل نشاط الإنزيمات المحللة للبروتين، وقمع التأثير التآزري لهذه الإنزيمات وجذور الأكسجين على المصفوفة بين الخلايا، ومنع تخليق وسطاء الالتهابات عن طريق إخفاء محددات المستضدات وإلغاء التسمم الكيميائي، ومنع موت الخلايا المبرمج الناجم عن العوامل الضارة، وكذلك كما يقلل من تخليق الدهون وبالتالي يمنع عمليات التحلل. بالإضافة إلى ذلك، تشارك هذه المركبات بشكل مباشر في بناء ألياف الكولاجين نفسها والمصفوفة بين الخلايا ككل.

في المراحل المبكرة من تلف النسيج الضام، فإنها تعمل كبادئ لإنشاء مصفوفة مؤقتة وتجعل من الممكن إيقاف تفكك النسيج الضام وتكوين ندبة خشنة، وبالتالي ضمان استبدالها بشكل أسرع بالنسيج الضام المعتاد لعضو معين [Panasyuk A.F. وآخرون، 2000]. لسوء الحظ، لم يتم دراسة دور الجليكوزامينوجليكان الكبريتي في تنظيم تكوين العظم بشكل كافٍ، ومع ذلك، فقد ثبت أن المرشح الرئيسي لدور محفز تكوين العظم خارج الرحم في النظام النموذجي هو البروتيوجليكان الذي تفرزه الخلايا الظهارية في المثانة [Fridenshtein A .يا، لاليكينا كانساس، 1972] .

يشترك مؤلفون آخرون في رأي مماثل، معتقدين أن البروتيوغليكان هو أحد عوامل البيئة المكروية اللحمية التي تنظم تكوين الدم والتكوين النسيجي الآخر لمشتقات اللحمة المتوسطة. بالإضافة إلى ذلك، فقد تبين أنه في الظروف المختبرية وفي الجسم الحي، يكون لكبريتات الكوندرويتين تأثير واضح على تمعدن العظام. وهكذا، وجدنا أنه عندما تتعرض مادة Osteomatrix لمزرعة الخلايا الغضروفية البشرية، يتم تحفيز خواصها المولدة للغضروف. . تحت تأثير المادة، شكلت الخلايا الغضروفية البشرية هياكل نمطية في الثقافة، حيث حدث ترسب الفوسفات وتمعدن مصفوفة العظام أثناء تعظمها.

علاوة على ذلك، فقد وجد أنه بعد زرع المواد الحيوية "Biomatrix" و"Allomatrix-implant" و"Osteomatrix" في الأرانب، يتكون عظم خارج الرحم ويتم ملؤه بعد ذلك بنخاع العظم. بالإضافة إلى ذلك، تم استخدام هذه المواد بنجاح كحاملات لزراعة الخلايا الجذعية السلفية اللحمية [Ivanov S.Yu. وآخرون، 2000]. حتى الآن، اكتسبت هذه المواد اعترافًا في كل من ممارسة طب الأسنان وجراحة العظام [Ivanov S.Yu. وآخرون، 2000، ليكيشفيلي إم.في. وآخرون، 2002، جروديانوف أ. وآخرون، 2003، أسنينا S.A. وآخرون، 2004، فاسيليف إم جي وآخرون، 2006]. وقد تم استخدامها بكفاءة عالية في حالات تكون العظم الناقص وترميم اليد والعلاج الجراحي لأمراض اللثة وإزالة عيوب عظم الفك. هذه المواد الحيوية، وذلك بفضل التكنولوجيا المتقدمة لإنتاجها، هي المواد الوحيدة في العالم التي تحافظ بشكل كامل تقريبًا على الكولاجين والبنية المعدنية للعظام الطبيعية، ولكن في نفس الوقت تكون هذه المواد خالية تمامًا من الاستضداد.

الميزة الكبيرة لهذه المواد الحيوية هي أنها تحتوي على جليكوسامينوجليكان كبريتات العظام، وهو تقارب مرتبط بالكولاجين والهيدروكسيباتيت، مما يميزها بشكل كبير عن نظائرها المتوفرة في العالم ويعزز بشكل كبير فعاليتها العظمية. وبالتالي، فإن البيانات التجريبية والسريرية المقدمة تثبت حقًا أنه بناءً على المبادئ الحديثة لهندسة الأنسجة، تم تطوير المواد المركبة الحيوية المحلية القائمة على الكولاجين العظمي والجليكوزامينوجليكان الكبريتي والهيدروكسيباتيت وإدخالها في الممارسة السريرية. تفتح هذه المواد الحيوية الحديثة والفعالة والآمنة من الجيل الجديد آفاقًا واسعة لحل العديد من مشكلات ترميم أنسجة العظام في طب الرضوح وجراحة العظام، وكذلك في العديد من مجالات الممارسة الجراحية الأخرى.

يوضح الرسم الإلكتروني (الشكل 1) أن مستحضرات الكولاجين العظمي عبارة عن شبكة من الحزم والألياف المرتبة. وفي الوقت نفسه، يتم تعبئة الألياف نفسها بإحكام في حزم من الدرجة الثانية، دون فواصل أو عيوب. في المظهر، تحتوي المادة على بنية خلوية مسامية كلاسيكية، والتي تتوافق تمامًا مع الهندسة المعمارية للعظم الإسفنجي الأصلي وخالية من الأوعية الدموية والبروتينات والشوائب الميكانيكية وغيرها. يتراوح حجم المسام من 220 إلى 700 ميكرون.

قمنا بتقييم التوافق الحيوي للكولاجين العظمي باستخدام الاختبارات القياسية عندما تم زرعها تحت جلد فئران ويستار. باستخدام التحليل النسيجي المورفولوجي والمجهر الإلكتروني الماسح، وجد أن الكولاجين العظمي، بعد شهر ونصف من البقاء في جسم المتلقي، لم يتم تدميره عمليا ويحتفظ ببنيته.

الشكل 1. الشكل 2.

كما هو موضح في الشكل 2، فإن المسام والتربيق وخلايا الكولاجين العظمي المزروع تمتلئ جزئيًا بالأشعة المقطعية الليفية السائبة، والتي يتم دمج أليافها بشكل ضعيف مع الزرعة. من الواضح أن طبقة ليفية طفيفة تتشكل حولها، وفي الغرسة نفسها يلاحظ وجود عدد صغير من العناصر الخلوية، وأهمها الخلايا الليفية. ومن المميزات أن الزرعة لا تندمج مع أنسجة الجلد المحيطة طوال طولها تقريبًا. تشير هذه النتائج بوضوح إلى المقاومة العالية لهذه المادة للتحلل الحيوي والخمول الحيوي الكامل للنسيج الضام المحيط بها.

أجرينا دراسات حول تأثير المواد الحيوية "Biomatrix" و"Allomatrix-implant" و"Osteomatrix" على إصلاح العظام على نموذج قطع العظم باستخدام الطرق المقبولة عمومًا (Katthagen B.D., Mittelmeir H., 1984; Schwarz N. et.al. ، 1991). استخدمت التجربة أرانب الشينشيلا التي يتراوح وزنها بين 1.5-2.0 كجم، والتي خضعت لقطع عظم نصف القطر تحت التخدير الوريدي.

بعد شهرين من العملية، لوحظ تكوين أنسجة عظمية جديدة في منطقة الزرع. في التين. 3 هو نتيجة دراسة نسجية لمادة زرع الألوماتركس بعد شهرين. بعد العملية. في المنطقة القريبة من الخلل، يمكن رؤية أنسجة عظمية شابة متطورة. تتجاور الخلايا العظمية العظمية مع حزم العظام بأعداد كبيرة.

في المادة الخلالية، توجد الخلايا العظمية في الثغرات، وتتشكل ألياف الكولاجين المكتظة بكثافة في المادة العظمية الجديدة. تم تطوير المادة الخلالية ذات الخلايا النشطة بشكل جيد. يتم إعادة بناء منطقة الزرع (العلوية واليسار) بشكل نشط.

بشكل عام، هناك نضج سريع للأنسجة العظمية حول منطقة الزرع.

بالإضافة إلى ذلك، اتضح أن البنية الخلوية المسامية للكولاجين العظمي لا توفر فقط الحفاظ على الحجم في العيب بسبب خصائصه المرنة، ولكن أيضًا الفرصة المثلى لنمو خلايا النسيج الضام فيه، وتطور الدم. الأوعية الدموية وتكوين العظام عند استبدال هذا العيب.

التعريف أحد مجالات التكنولوجيا الحيوية التي تتعامل مع إنشاء البدائل البيولوجية للأنسجة والأعضاء. الوصف يتضمن إنشاء بدائل الأنسجة البيولوجية (الطعوم) عدة مراحل: 1) اختيار وزراعة المواد الخلوية الخاصة بالفرد أو الجهة المانحة؛ 2) تطوير حامل خاص للخلايا (المصفوفة) يعتمد على مواد متوافقة حيويا؛ 3) تطبيق ثقافة الخلية على المصفوفة وتكاثر الخلايا في مفاعل حيوي مع ظروف زراعة خاصة؛ 4) الإدخال المباشر للكسب غير المشروع في منطقة العضو المصاب أو وضعه الأولي في منطقة مزودة جيدًا بالدم للنضج وتكوين دوران الأوعية الدقيقة داخل الكسب غير المشروع (التصنيع المسبق). يمكن تمثيل المادة الخلوية بخلايا الأنسجة المجددة أو الخلايا الجذعية. لإنشاء مصفوفات الكسب غير المشروع، يتم استخدام المواد الاصطناعية الخاملة بيولوجيا، والمواد القائمة على البوليمرات الطبيعية (الكيتوزان، الجينات، الكولاجين)، وكذلك المواد الحيوية. على سبيل المثال، يتم الحصول على مكافئات الأنسجة العظمية عن طريق التمييز المباشر للخلايا الجذعية من نخاع العظم أو دم الحبل السري أو الأنسجة الدهنية. ثم يتم تطبيق الخلايا العظمية الناتجة على مواد مختلفة تدعم انقسامها - العظام المانحة، ومصفوفات الكولاجين، والهيدروكسيباتيت المسامي، وما إلى ذلك. خلايا الجلد، تُستخدم حاليًا على نطاق واسع في الولايات المتحدة الأمريكية وروسيا وإيطاليا. يمكن لهذه التصميمات تحسين شفاء أسطح الحروق الواسعة. ويتم تطوير الطعوم أيضًا في أمراض القلب (صمامات القلب الاصطناعية، وإعادة بناء الأوعية الكبيرة وشبكات الشعيرات الدموية)؛ لاستعادة الجهاز التنفسي (الحنجرة والقصبة الهوائية والشعب الهوائية) ، الأمعاء الدقيقةوالكبد وأعضاء الجهاز البولي والغدد إفراز داخليوالخلايا العصبية. يُستخدم استخدام الخلايا الجذعية على نطاق واسع في مجال هندسة الأنسجة، ولكن له حدود أخلاقية (الخلايا الجذعية الجنينية) وجينية (في بعض الحالات، يحدث انقسام خبيث للخلايا الجذعية). بحث السنوات الأخيرةأظهر أنه بمساعدة معالجات الهندسة الوراثية، من الممكن الحصول على ما يسمى بالخلايا الجذعية متعددة القدرات (iPSc) من الخلايا الليفية الجلدية، والتي تشبه في خصائصها وإمكاناتها الخلايا الجذعية الجنينية. تُستخدم الجسيمات النانوية المعدنية في هندسة الأنسجة للتحكم في نمو الخلايا من خلال التأثير عليها المجالات المغناطيسيةاتجاهات مختلفة. على سبيل المثال، بهذه الطريقة كان من الممكن إنشاء ليس فقط نظائرها لهياكل الكبد، ولكن أيضًا هياكل معقدة مثل عناصر شبكية العين. توفر المواد المركبة النانوية أيضًا خشونة سطحية نانوية للمصفوفات للتكوين الفعال لزراعة العظام باستخدام الطباعة الحجرية بشعاع الإلكترون (EBL). إن إنشاء الأنسجة والأعضاء الاصطناعية سوف يلغي الحاجة إلى زرع معظم الأعضاء المانحة وسيحسن نوعية حياة المرضى وبقائهم على قيد الحياة. المؤلفون

• ناروديتسكي بوريس سافيليفيتش، دكتوراه في العلوم البيولوجية
• نيسترينكو ليودميلا نيكولاييفنا، دكتوراه.

1. تكنولوجيا النانو في هندسة الأنسجة / النانومتر. - عنوان URL: http://www.nanometer.ru/2007/10/16/tkanevaa_inzheneria_4860.html (تاريخ الوصول 10/12/2009)
2. الخلايا الجذعية / ويكيبيديا – الموسوعة الحرة. عنوان URL: ttp://ru.wikipedia.org/wiki/الخلايا الجذعية (تاريخ الوصول 10/12/2009)

القاموس الموسوعيتكنولوجيا النانو. - روسنانو. 2010 .

انظر ما هي "هندسة الأنسجة" في القواميس الأخرى:

هندسة الانسجة- طرق التحكم في خلايا الجسم لتكوين أنسجة جديدة أو التعبير عن مواد فعالة بيولوجيا موضوعات التكنولوجيا الحيوية EN هندسة الأنسجة ... دليل المترجم الفني

مصطلح الهندسة الحيوية المصطلح باللغة الإنجليزية الهندسة الحيوية مرادفات الهندسة الطبية الحيوية المختصرات المصطلحات ذات الصلة البوليمرات القابلة للتحلل الحيوي، الأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة الطبية الحيوية، المحاكاة الحيوية، المواد النانوية المحاكاة الحيوية، ... ...

مصطلح المواد النانوية المحاكاة الحيوية المصطلح باللغة الإنجليزية المواد النانوية المحاكاة الحيوية مرادفات المحاكاة الحيوية، المحاكاة الحيوية المختصرات المصطلحات ذات الصلة البروتينات، البوليمرات القابلة للتحلل، الهندسة الحيوية، المحاكاة الحيوية، التوافق الحيوي، التوافق الحيوي... ... القاموس الموسوعي لتقنية النانو

فاديم سيرجيفيتش ريبين تاريخ الميلاد: 31 يوليو 1936 (31/07/1936) (76 عامًا) مكان الميلاد: دولة اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية ... ويكيبيديا

- (المشيمة اللاتينية، “الكعكة المسطحة”) العضو الجنيني لجميع الثدييات المشيمية الأنثوية، وبعض الجرابيات، وأسماك رأس المطرقة وغيرها من الأسماك الغضروفية الولودة، وكذلك الأسماك الظفرية الولودة وعدد من المجموعات الأخرى من الحيوانات، مما يسمح ... .. ويكيبيديا

يحتوي على بعض من أبرزها الاحداث الحاليةوالإنجازات والابتكارات في مختلف المجالات التقنية الحديثة. التقنيات الجديدة هي تلك الابتكارات التقنية التي تمثل تغييرات تقدمية في المجال... ... ويكيبيديا

المقالات amphiphilicالبوليمرات القابلة للتحلل الحيويالأغشية البيولوجيةالمحركات البيولوجيةالأجسام النانوية البيولوجيةالمحاكاة الحيويةالمواد النانوية المحاكاة الحيويةالبوليمرات الحيويةأجهزة الاستشعار الحيويةالتوافق الحيويالطلاءات المتوافقة حيويًاbisl... القاموس الموسوعي لتقنية النانو

المقالاتالجسيمات "ذات الوجهين" المحرك البكتيريوكلوروفيلالمحركات البيولوجيةالأجسام النانوية البيولوجيةالمحاكاة الحيويةالمواد النانوية المحاكاة الحيويةأجهزة الاستشعار الحيويةالتوافق الحيويطبقة ثنائيةالمتجهات القائمة على مواد نانويةرابطة الهيدروجين... القاموس الموسوعي لتقنية النانو

مقالات الكيمياء "الناعمة" الأغشية البيولوجية المحاكاة الحيوية المواد النانوية المحاكاة الحيوية أجهزة الاستشعار الحيوية الطلاءات المتوافقة حيويًا هندسة الطبقة الثنائية المواد الهجينة رقاقة الحمض النووي DNA توصيل الجينات... القاموس الموسوعي لتقنية النانو

هذه قائمة خدمة بالمقالات التي تم إنشاؤها لتنسيق العمل على تطوير الموضوع. لا ينطبق هذا التحذير... ويكيبيديا

كتب

• هندسة الأنسجة، الفريق الإبداعي لعرض "تنفس أعمق". بشكل أساسي نهج جديد– هندسة الخلايا والأنسجة – هي أحدث الإنجازات في مجال البيولوجيا الجزيئية والخلوية. لقد فتح هذا النهج آفاقًا واسعة لإنشاء... كتاب مسموع