Технологија на ткиво инженеринг. Медицина на 21 век: матични клетки, нанодијаманти и инженерство на ткива

Што кога би можеле да одгледуваме делови од телото, како морска ѕвезда? Дали е тоа фантазија или реалност? "ДО & Z „одлучи да дознае што претставува ткиво инженеринг, и што е најважно, дали е достапен во Русија.

Што е инженерство на ткиво

Всушност, нашето тело е способно за регенерација, згора на тоа, тоа го прави секој ден: коските се обновуваат на секои десет години, а кожата се менува на секои две недели. Но, ова, се разбира, не е доволно. Преку болести, повреди и едноставно со возраста, нашите ткива и цели органи се распаѓаат и умираат. Како да се забави овој процес и да се врати она што повеќе не е таму? Овие прашања се решаваат со напредната насока на регенеративната медицина - инженерство на ткиво, која ви овозможува да ја изградите изгубената кожа и делови од органи, како што се срцето или мочниот меур.

Зошто е потребно инженерство на ткиво?

Некрозата на ткивата поради болест, траума или вродени аномалии е проблем број еден за јавното здравје во светот. Потребата за трансплантација расте експоненцијално во сите земји. Класичната модерна медицина во моментов не е во состојба да излечи многу хронични болести - можни се само корективни процедури, но и пронаоѓањето на целосно компатибилен донатор е предизвик.

Денес, еден од главните методи за обновување на органи и ткива во случаи кога трансплантацијата на сопствен материјал е невозможна е нејзината трансплантација - од жив дарител или неодамна починато лице. Главната работа во овој процес е максималната биолошка компатибилност на донаторот и примателот. Но, дури и во овој случај, имунолошкиот систем ќе се спротивстави и ќе се меша во трансплантацијата на трансплантираниот орган или ткиво. Затоа, на пациентите кои биле подложени на трансплантација, привремено или трајно им се препишуваат специјални лекови - имуносупресиви. Всушност, тие го потиснуваат сопствениот имунолошки систем на една личност. Но, и покрај многуте напори, многу често трансплантираниот орган не се вкорени.

Следејќи го принципот „не прави штета“, научниците и лекарите долго време бараат начини да ги обноват ткивата и органите користејќи ги силите на сопственото тело на пациентот. За ова, се појави цел дел од реконструктивна хирургија базирана на микрохируршки техники. Шие или трансплантирајте прст во случај на повреда, на пример, од нога на рака, обновете ја млечната жлезда по отстранувањето на малигнен тумор, па дури и вратете значителен дел од лицето на пациентот - по повреда, онкологија или повреда. Но, микрохирургијата не е семоќна. Така почна да цвета инженерството на ткиво, кое се појави долго пред микрохирургијата.

Малку историја

За ова за прв пат размислувал американскиот лекар Лео Леб кон крајот на 19 век. Во 1897 година, тој спроведе експеримент: забележа како клетките се делат во коагулирана крв и лимфа. Меѓутоа, откако ги објави своите набљудувања, тој не ги откри точните параметри на експериментот, што ја направи оваа работа уште поинтригантна. Следејќи го, многу научници се обидоа да ѝ пристапат на оваа тема од различни агли, но само десет години подоцна, неговиот колега и сонародник, научникот Рос Харисон, успеа да израсне и одржува живи нервни влакна и клетки земени од ткивото на ембрионот на жаба. И веќе во 1912 година, францускиот хирург Алексис Карел, заедно со неговите колеги, можеше да го одржи животот на мал дел од срцето на пилешки ембрион. Овој биоматеријал остана одржлив, па дури и растеше 24 години!

Методи за растење на ткивото

Оттогаш, инженерството на ткиво помина долг пат. Сега се користат различни методи за растење на ткивото, но еден од главните - скеле - скеле технологија. Експериментаторите од различни земји го практикуваат уште од 90-тите. Според оваа технологија како примерок се земаат клетките на живиот организам: парче ткиво или некој посебен орган. Потоа со помош на ензими се расклопува во поединечни клетки и се одгледува четири до шест недели.

Следна фаза - трансплантација на мултиплицирани клетки на скеле,специјална привремена матрица. Однадвор, скелето може да се помеша со памучна ткаенина, сосема погодна за блуза или кошула, но всушност тоа е сложено конструиран вештачки материјал. На таква рамка се одгледува биоматеријал наменет за трансплантација на лице. Дизајнот се вградува таму каде што нема ткиво, на пример, на уретрата или бубрезите. Скелето делува како еден вид курир за нови ќелии. Штом оштетеното ткиво се санира, доставувачот се апсорбира, исчезнувајќи без трага.

Еклатантен пример за таква работа е реконструкцијата на мочниот меур од американскиот хирург Ентони Атала за Лук Масела, десетгодишно момче со вродена малформација на 'рбетот - расцепување. Болеста го парализирала мочниот меур на детето, а додека родителите отишле на лекар за помош, бубрезите веќе откажале. „За израсток“ зеле ткиво на мочниот меур со големина на половина поштенска марка. Одгледувањето на клетките во лабораторија траело четири недели. Тимот на Атала потоа создаде скеле во облик на мочен меур, внатрешната обвивка на ова скеле покриена со клетки што го обложуваат „оригиналниот“ орган, а надворешната обвивка со мускулни клетки. Моделот беше ставен во биореактор (медицински аналог на печка) за зреење. По шест до осум недели, целосно формираниот орган беше трансплантиран. На истиот сложен начин, Атала успеа да израсне срцев залисток, па дури и уво. Патем, морав да се помешам со тоа: 'рскавицата на пациентот беше засеана во калапот, кој, откако помина неколку недели во биореакторот, се претвори во независно уво од скеле. За посложени органи, како што е срцето, колегата на Атала, кинескиот научник Тао Жу, разви техника која користи 3Д принтери. Наместо мастило, во кертриџите се истураат човечки клетки, од кои буквално во рок од еден час се испечатува срце, а по 46 часа е подготвено за употреба.

Донаторски органи се користат и како рамка.Да го земеме црниот дроб: со помош на специјални средства, од него се отстрануваат сите донаторски клетки, потоа клетките на пациентот се воведуваат во опустошениот „скелет“ - однатре и однадвор. Клетките на пациентот се гаранција дека нема да има отфрлање од телото. Инженерството на ткиво сè уште припаѓа на експерименталната наука, но веќе постоечките експерименти докажуваат дека со оваа техника може да се создаде сè - срцеви залистоци, крвни садови, црн дроб, мускули, уши и прсти на една личност. Научниците се надеваат дека новата техника исто така ќе помогне да се справат со уште еден акутен проблем на трансплантологијата - недостигот на донорски органи.

Автотрансплантација во естетската медицина

Денес, конвенционалната автотрансплантација е широко користена за изгореници, повреди на 'рскавицата, тетивите, па дури и коските. Во моментов, инженерството на ткиво на ниво на медицина за убавина не може да понуди никакви извонредни работи, но има нешто. Во естетската медицина широко се користи операцијата на автотрансплантација на 'рскавица и масно ткиво. Сопственото ткиво на 'рскавица многу подобро се вкорени за време на ринопластиката и ви овозможува флексибилно да го моделирате обликот на носот. Со гениопластика, лесно можете да го промените аголот на брадата со вашето ткиво. Инсталирањето на импланти на 'рскавицата се користи и во маларпластиката за зголемување на волуменот на зигоматичната област.

Регенеративна медицина во Русија

Во Русија, ситуацијата со инженерството на ткивата не е толку розова, сè уште никој не расте органи, постојат регенеративни техники во кардиологијата, се користи екстракорпорална хемакорекција. Се прават експерименти на 3Д печатење, но во моментов, дури и од правен аспект, е невозможно да се спроведат такви операции.

Регенеративната медицина, особено одгледувањето на матични клетки надвор од човечкото тело, е еден од главните и важни настани во светската практика. Неодамна, во 2014 година, научниците од Институтот за физички и хемиски истражувања на Јапонија успеаја да и го вратат видот на 70-годишна жена, а оваа година Јапонците можеа да израснат кожа, фоликули на косата и мини-црн дроб. Одгледувањето на 'рскавицата, ткивата и некои цели органи е веќе достапно за медицината. Недалеку - срцето, панкреасот и нервното ткиво, мозокот. Засега статистиката не е охрабрувачка: во светот во минута умираат две лица, кои би можеле да се спасат со помош на трансплантација на сопствено ткиво. Автотрансплантацијата е иднината што може да спаси милиони животи.

) — создавање на нови ткива и органи за терапевтска реконструкција на оштетен орган со доставување потпорни структури, молекуларни и механички сигнали за регенерација до саканата област.

Опис

Обичните импланти направени од инертни материјали можат само да ги елиминираат физичките и механичките дефекти на оштетените ткива. Целта на ткивното инженерство е да се обноват биолошките (метаболички) функции, т.е. регенерација на ткивото, а не едноставно да се замени со синтетички материјал.

Создавањето на ткивен инженерски имплант (графт) вклучува неколку фази:

1. избор и одгледување на сопствен или донорски клеточен материјал;
2. развој на специјален носач за клетки (матрица) врз основа на биокомпатибилни материјали;
3. примена на клеточна култура во матрицата и размножување на клетките во биореактор со посебни услови за одгледување;
4. директно внесување на графтот во пределот на засегнатиот орган или прелиминарно поставување во област добро снабдена со крв за созревање и формирање на микроциркулација во внатрешноста на графтот (префабрикација).

Клеточниот материјал може да биде регенерирани ткивни клетки или матични клетки. За создавање на матрици на графтови, се користат биолошки инертни синтетички материјали, материјали базирани на природни полимери (хитозан, алгинат, колаген), како и биокомпозитни материјали. На пример, еквивалентите на коскеното ткиво се добиваат со насочена диференцијација на коскената срцевина, крвта од папочната врвца или матичните клетки од масното ткиво. Потоа, добиените остеобласти (млади коскени клетки одговорни за нејзиниот раст) се нанесуваат на различни материјали кои ја поддржуваат нивната поделба - донорска коска, колагенски матрици, порозен хидроксиапатит итн. , Италија. Овие дизајни го подобруваат заздравувањето на обемните изгореници. Развојот на графтови се врши и во кардиологијата (вештачки срцеви залистоци, реконструкција на големи садови и капиларни мрежи); за обновување на респираторните органи (ларинксот, душникот и бронхиите), тенкото црево, црниот дроб, органите на уринарниот систем, ендокрините жлезди и неврони. металите во ткивното инженерство се користат за контрола на растот на клетките преку изложување на магнетни полиња од различни насоки. На пример, на овој начин беше можно да се создадат не само аналози на структурите на црниот дроб, туку и такви сложени структури како елементи на мрежницата. Исто така, материјалите создадени со методот (литографија со електронски сноп, EBL) обезбедуваат површина на матрици во нано размери за ефективно формирање на коскени импланти. Создавањето на вештачки ткива и органи ќе овозможи да се одбие трансплантација на повеќето органи донори, да се подобри квалитетот на животот и преживувањето на пациентите.

Авторите

• Народицки Борис Савелиевич
• Нестеренко Људмила Николаевна

Извори

1. Нанотехнологии во инженерството на ткиво // Нанометар. -www.nanometer.ru/2007/10/16/tkanevaa_inzheneria_4860.html
2. Матични клетки // Википедија, слободна енциклопедија.

Ткивото инженерство (ТИ), како дисциплина, ја започна својата историја во првата половина на 20 век. Основата за нејзиното основање беше теоретскиот и практичниот развој на создавањето на „вештачки“ органи и ткива и работата на трансплантација на клетки и биолошки активни компоненти на носители за обновување на оштетувањето во различни ткива на телото (Langer R., Vacanti J.P. , 1993).

Во моментов, инженерството на ткиво е една од најмладите гранки во медицината, заснована на принципите на молекуларната биологија и генетскиот инженеринг. Интердисциплинарниот пристап што се користи во него е насочен првенствено кон создавање на нови биокомпозитни материјали за враќање на изгубените функции на поединечните ткива или органи како целина (Спектор М., 1999). Главните принципи на овој пристап лежат во развојот и употребата на носачи направени од биоразградливи материјали за имплантација во оштетен орган или ткиво, кои се користат во комбинација или со донаторски клетки и/или со биоактивни супстанции. На пример, при третман на процес на рана, тоа може да бидат колагенски облоги со алофибробласти, а во васкуларната хирургија, вештачки садови со антикоагуланси (Vacanti SA et.al., 1993). Дополнително, еден од сериозните барања за таквите материјали за носење е дека тие мора да обезбедат сигурна поддршка, односно функција за поддршка и/или формирање структура во оштетената област на ткивото или органот.

Затоа, една од главните задачи на ткивниот инженеринг во третманот на коскените патологии е создавање на вештачки биокомпозити кои се состојат од ало- и/или ксеноматеријали во комбинација со биоактивни молекули (коскени морфогенетски протеини, фактори на раст итн.) и способни за индуцирање остеогенезата. Во исто време, таквите биоматеријали мора да имаат голем број неопходни коскени својства (Yannas I.V. et.al., 1984; Reddi A.H.et.al., 1987; Reddi A.H., 1998).

Прво, тие мора да го исполнат и одржуваат (скеле) обемот на дефектот.

Второ, да се има остеоиндуктивност, односно активно да се индуцираат остеобластите и, евентуално, други мезенхимални клетки да формираат коска.

И, трето, да има добри показатели за биоинтеграција и биокомпатибилност, односно да биде разградлив и да не предизвикува воспалителни и имунолошки реакции кај примачот. Последниот квалитет обично се постигнува во биоматеријалот само со намалување на неговите антигенски карактеристики.

Комбинацијата на сите овие својства им овозможува на ваквите биоматеријали, паралелно со потпорната, механичка функција, да обезбедат биоинтеграција - навлегување на клетките и крвните садови во структурите на имплантот, проследено со формирање на коскено ткиво.

Познато е дека потпорниот ефект на кој било биоматеријал е обезбеден, по правило, од неговите структурни карактеристики. За биоматеријали, овој индикатор обично се поврзува со архитектониката на природното ткиво од кое е добиено. За коската, главните параметри на нејзината структурна сила се тврдо-еластичните карактеристики на коскената матрица и големината на порите во неа (Marra P. G. 1998; Thomson R. C. et. al., 1998).

Најчестите биоматеријали со посебна потпорна функција вклучуваат вештачки и природен хидроксиапатит (HA), биокерамика, полигликолна киселина и колагенски протеини (Friess W., 1998).

Во моментов, многу различни форми на хидроксиапатит се користат за замена на коскените дефекти во хируршката стоматологија, ортопедија и трауматологија, кои се разликуваат по формата и големината на честичките. Се верува дека вештачки добиениот хидроксиапатит е практично идентичен во хемискиот состав и кристалографските параметри со природниот хидроксиапатит на коските (Парсонс Ј., 1988). Многу автори и експериментално и клинички покажуваат дека употребата на хидроксиапатит има значителни предности во однос на другите материјали за имплантација. Значи, неговите позитивни карактеристики вклучуваат такви индикатори како леснотија на стерилизација, долг рок на траење, високо ниво на биокомпатибилност и екстремно бавна ресорпција во телото (Volozhin A.I. et al., 1993). Хидроксиапатитот е бионертен и високо компатибилен со коските (Jarcho M. et.al., 1977) како што е прикажано во експерименталните студии. Во процесот на замена на коскениот дефект во присуство на HA, под влијание на биолошки течности и ткивни ензими, хидроксиапатитот може делумно или целосно да се ресорбира (Klein A.A., 1983). Позитивниот ефект на хидроксиапатитот по неговата имплантација во коскената празнина очигледно се објаснува не само со остеокондуктивните својства на материјалот, туку и со неговата способност да ги апсорбира протеините кои предизвикуваат остеогенеза на неговата површина (Ripamonti U., Reddi A.H., 1992).

Во моментов, најголемиот дел од биоматеријали за реставрација на коскените дефекти се добиваат од 'рскавицата и/или коскените ткива на луѓе или разни животни. Често, за производство на композитни материјали, се користат и компоненти од други видови сврзно ткиво - кожа, тетиви, менинги итн. (Voupe 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).

Колагенот е најпознатиот од современите биоматеријали. Неговата широка употреба во практичната медицина е поврзана со развојот на реконструктивната хирургија и потрагата по нови материјали кои вршат функции на скеле и пластика во регенерацијата на ткивата. Главните предности на колагенот како пластичен биоматеријал вклучуваат неговата ниска токсичност и антигеност, висока механичка сила и отпорност на ткивни протези (Istranov L.P., 1976). Изворите на производство на колаген во производството на производи за пластична хирургија се ткивата богати со овој протеин - кожата, тетивите, перикардот и коските. Широко се користи во медицинската пракса, раствор за кожен колаген произведен од Collagen Corp. (Пало-Алто САД), под имињата „Zyderm“ и „Zyplast“. Врз основа на овој колаген, развиени се различни медицински производи, како што се импланти, прекривки за рани, хируршки нишки за шиење на површините на раните итн.

Во 70-тите години на минатиот век за прв пат беа добиени податоци за ефектот на колагенските графтови врз поправката на коскеното ткиво. Во исто време, беше откриено дека колагенските импланти промовираат пролиферација на фибробластите, васкуларизација на блиските ткива и, очигледно, предизвикуваат формирање на ново коскено ткиво со неговото последователно реструктуирање (Reddi A.H., 1985). Како брзо биоразградувачки материјал, колагенот се користел и во форма на гел за реставрација на коскените дефекти (De Balso A.M., 1976). Резултатите добиени од овој автор, исто така, сугерираат дека препаратите базирани на колаген се способни да ја стимулираат регенерацијата на коскеното ткиво.

Во исто време, за да се заменат коскените дефекти, започнаа и студии за употреба на биокомпозитни материјали кои содржат и колаген и хидроксиапатит. Значи, за максилофацијална хирургија и хируршка стоматологија, беа развиени композиции „Алвелоформ“ и „Биграфт“ кои содржат прочистен фибриларен кожен колаген и честички ХА (Колаген Кор., Пало Алто, САД). Овие биоматеријали беа користени за обновување на алвеоларниот гребен во хируршки третман на пациенти со периодонтитис (Krekel G. 1981, Lemons M.M. 1984, Miller E. 1992). Хистолошките и ултраструктурните студии покажаа дека составот - колаген и HA има позитивен ефект врз регенерацијата на коската на гребенот, но во исто време, овој вид биоматеријали вршат главно скелетни и спроводливи функции, односно ги покажуваат своите остеокондуктивни својства. (Mehlisch D.R., 1989). Подоцна, многу други истражувачи дојдоа до слични заклучоци, а повеќето научници моментално се придржуваат до оваа гледна точка (Glimcher M.J., 1987; Friess W., 1992; VaccantiC.A. et.al., 1993).

Сепак, според друга група истражувачи, биокомпозитните материјали кои содржат дермален колаген „Зидерм“ и синтетички хидроксиапатит имаат одредена остеогена моќ. На пример, Катаген и сор. (1984), проучувајќи го ефектот на материјалот Collapat кој содржи тип 1 кожен колаген и високо дисперзирани честички на хидроксиапатит врз реставрацијата на коскените дефекти на бедрената коска кај зајаците, откри дека регенерацијата на коскеното ткиво кај експерименталните животни се одвива 5 пати побрзо отколку кај контролата. Овие експериментални резултати ја формираа основата за понатамошна примена на материјалот „Колапат“ во клиничката пракса.

Добро е познато дека најпогодни за трансплантација и последователна биоинтеграција се несомнено автографтите, кои се подготвуваат од сопствените ткива на пациентот и тоа целосно ги елиминира главните имунолошки и најинфективните компликации за време на последователната трансплантација (Enneking W.F. et.al., 1980; Summers Б.Н., Ајзенштајн С.М., 1989; Реди А.Х., 1985; Голдберг В.М. и др., 1991). Меѓутоа, таквите материјали мора да се подготват непосредно пред трансплантацијата, во спротивно клиниката мора да има банка за коски за складирање на таков биоматеријал, кој во реалноста е достапен само за многу големи медицински установи поради високата цена за подготовка и складирање на овие материјали. Дополнително, можностите за добивање на значителни количини автоматско се многу ограничени, а кога се зема, по правило, донаторот подлежи на сериозни хируршки интервенции. Сето ова значително ја ограничува широката употреба на автографтови (Bos G.D. et.al., 1983; Horowitz M.C. 1991). Затоа, во областа на лекувањето на коскените патологии, ткивното инженерство се соочува со вистинска задача да создаде биокомпозитни материјали, чија употреба ќе обезбеди решение за многу проблеми како во трансплантацијата на клетките, така и во стимулацијата на формирањето на коските на местата на нејзиното оштетување, и во намалувањето на трудовите и финансиските трошоци при елиминирање на коскеното оштетување кај пациенти од различни профили.

Во моментов, поради напорите на голем број истражувачи кои работат на полето на ткивното инженерство, развиени и воведени се биокомпозитни материјали, кои вклучуваат и природни клетки на коскената срцевина и стромални остеогени прогениторни клетки одгледувани во еднослојни култури на коскената срцевина (Гупта Д. , 1982; Болдер С., 1998). Овие автори откриле дека за успешна индукција на остеогенезата на местото на трансплантација, неопходно е да се создаде висока, почетна густина на стромалните прекурсори - околу 108 клетки. Во исто време, едноставното воведување на суспензија на такви клетки не даде добри резултати. Во овој поглед, се појави сериозен проблем во потрагата по носители за трансплантација на клетки во телото на примателот.

За прв пат како таков носител, Гупта Д. et. ал. (1982) предложи употреба на ксенобон, претходно обезмастено и декалцифицирано. Понатаму, беше откриено дека, во зависност од степенот на прочистување на ксенобонот, процентот на прицврстување на клеточните елементи на носачот се зголемува, а клетките се врзуваат многу подобро со неговиот органски дел отколку со природниот коскеен хидроксиапатит (Hofman S., 1999).

Од синтетичките материјали, керамиката во моментов широко се користи како носители за трансплантација на клетки (Burder S. 1998), што е вештачки хидроксиапатит добиен со третирање на трикалциум фосфат со високи температури.

Домашните стоматолошки хирурзи ја користеа дура матер како соодветен носител за трансплантација на алогени фибробласти и забележаа дека употребата на оваа трансплантација со алофибробласти во третманот на умерен и тежок хроничен генерализиран периодонтитис има голем број предности во однос на другите методи на лекување (Дмитриева Л.А., 2001).

Претходно, во серија работи за изградба на „вештачка кожа“, беше откриено дека успехот на реставрацијата на ова ткиво по неговото оштетување зависи од состојбата на клеточната микросредина во оштетената област. Од друга страна, самата микросредина се создава со оптимална комбинација на главните компоненти на екстрацелуларната матрица, како што се колагените, гликопротеините и протеогликаните (Yannas I. et.al., 1980, 1984; Pruitt B., Levine N. , 1984; Madden M. et.al., 1994).

Колагенот е типичен фибриларен протеин. Неговата индивидуална молекула, тропоколаген, се состои од три спирални полипептидни синџири, наречени а-синџири, кои се извиткани заедно во една заедничка спирала и стабилизирани со водородни врски. Секој а-ланец содржи во просек околу 1000 остатоци од аминокиселини. Постојат две главни комбинации на синџири во коскеното ткиво - два λ1 и една λ2 или тип 1 колаген и три λ-1 или тип III колаген. Покрај горенаведените типови, други изоформи на колаген беа пронајдени во мали количини во коската (Serov V.P., Shekhter A.B., 1981).

Протеогликаните се сложени соединенија на полисахариди со протеини. Полисахаридите што ги сочинуваат протеогликаните се линеарни полимери изградени од различни дисахаридни подединици формирани од уронски киселини (глукуронска, галактуронска и идуронска), N-ацетилхексозамини (IM-ацетилглукозамин, N-ацетил-галактозамин) и неутрална сахариди (манилоза, галактоза) . Овие полисахаридни синџири се нарекуваат гликозаминогликани. Најмалку еден од шеќерите во дисахаридот има негативно наелектризирана карбоксилна или сулфатна група (Stacey M., Barker C, 1965). Зрелото коскено ткиво содржи главно сулфатирани гликозаминогликани (sGAGs), како што се хондроитин-4 и хондроитин-6 сулфати, дерматан сулфат и кератан сулфат. Биосинтезата на протеогликаните во коскеното ткиво се врши главно од активирани остеобласти и, во мала мера, од зрели остеоцити (Juliano R., Haskell S., 1993; Wendel M., Sommarin Y., 1998).

Функционалното значење на сулфатните гликозаминогликани во сврзното ткиво (КТ) е големо и е поврзано првенствено со формирање на колагенски и еластински влакна. Сулфатните гликозаминогликани се вклучени во речиси сите процеси на метаболизмот на сврзното ткиво и можат да имаат модулирачки ефект врз диференцијацијата на неговите клеточни елементи (Panasyuk A.F. et al., 2000). Многу параметри на регенерацијата на ST зависат од нивните квалитативни и квантитативни карактеристики во ткивата, како и спецификите на интеракцијата со другите компоненти на екстрацелуларната матрица.

Регенерацијата и реставрацијата на коскеното ткиво е комплекс од последователни процеси, вклучително и активирање на остеогени клетки (регрутирање, пролиферација и диференцијација), и директно формирање на специјализирана матрица - нејзина минерализација и последователно ремоделирање на коскеното ткиво. Покрај тоа, овие клетки се секогаш под контрола и влијание на голем број биолошки и механички фактори.

Според современите концепти, инженерството на ткиво (ТИ) на коскеното ткиво се заснова на три главни принципи кои обезбедуваат успешна замена на ова ткиво.

Прво, најважниот принцип во создавањето на биоматеријали и структури за имплантација е репродукцијата на главните карактеристики на природната коскена матрица, бидејќи токму уникатната структура на коскеното ткиво има најизразен ефект врз процесите на регенерација. Познато е дека овие карактеристики на матрицата зависат од нејзината тродимензионална структура и хемиски состав, како и од неговите механички својства и способност да влијае на клеточните форми на сврзното ткиво (КТ).

Архитектониката на матрицата вклучува такви параметри како што се односот површина и волуменот, присуството на систем на пори и, што е најважно, неговите функционални и механички својства. Поради овие индикатори, матрицата, очигледно, може да го регулира васкуларниот раст, да обезбеди хемотактички стимули за ендогени клетки, да го модулира клеточното прицврстување, да стимулира поделба, диференцијација и последователна минерализација. Се верува дека тродимензионалната структура на конструкцијата на матрицата може да влијае не само на процесите на индукција, туку и на самата стапка на регенерација.

Затоа, биоматеријалот или конструкцијата направена со ткиво мора да има својства кои, под in vivo услови, се способни да ги обезбедат и спроводните и индуктивните својства на природната матрица. Првите вклучуваат такви индикатори како способност за полнење и одржување на волуменот, механичка интеграција, обезбедување пропустливост на клетките и крвните садови. Вториот - обезбедува директен или индиректен ефект врз клеточните форми, стимулирајќи ги да формираат 'рскавица и / или коскени ткива.

Следниот важен принцип за успехот на насоченото инженерство на коскеното ткиво е употребата на егзогени и/или активирање на ендогени клетки кои се директно вклучени во процесите на создавање на ова ткиво. Во овој случај, изворот на таквите клетки може да биде и сопствен и донорски организам. На пример, употребата на одредени типови на клетки од плурипотентни стромални клетки на коскената срцевина до обврзани клетки слични на остеобластите успешно се користат и во експериментите со животни и во клиниката.

Како по правило, за време на обратна трансплантација во телото, стромалните прогениторни клетки се способни да се диференцираат во зрели форми, да синтетизираат матрица и да предизвикаат каскада од реакции за поправка на ендогени коскени ткива. Во исто време, алтернативниот поглед на употребата на композитни биоматеријали сугерира нивниот директен ефект врз ендогените коски и други клетки на сврзното ткиво, нивното регрутирање (привлекување) во зоната на имплантација, стимулација на нивната пролиферација и зголемување на нивната биосинтетичка активност, принудувајќи ги овие клетките активно да формираат коскено ткиво. Покрај тоа, таквите материјали можат да бидат добри носители на клетки на кои може да се одгледуваат матични клетки пред трансплантацијата. Последниот од главните принципи за успех на инженерството на коскеното ткиво е употребата на биоактивни молекули, вклучувајќи фактори за раст, цитокини, хормони и други биолошки активни супстанции.

За индукција на формирање на коските, најпознати фактори се коскените морфогенетски протеини, трансформирачки фактор на раст - TGF-β, фактор на раст сличен на инсулин IGF и васкуларен ендотелен фактор на раст VEGF. Затоа, биокомпозитниот материјал може да биде заситен и/или да ги содржи овие биоактивни молекули во неговата структура, што овозможува да се користи за време на имплантација како складиште за такви супстанции. Постепеното ослободување на овие фактори може активно да влијае на процесите на регенерација на коските. Покрај овие супстанции, составот на композитните материјали може да вклучува микро- и макроелементи, како и други молекули (шеќери, пептиди, липиди, итн.) способни да стимулираат и одржуваат зголемена физиолошка активност на клетките во коскеното ткиво кое се опоравува.

Во моментов, постои широк спектар на биопластични материјали кои имаат остеокондуктивни и/или остеоиндуктивни својства. Така, материјалите што содржат практично чист хидроксиапатит (HA), како што се Osteogaf, Bio-Oss, Osteomin, Ostim, покажуваат главно спроводливи својства, иако тие се способни да вршат слаб остеоиндуктивен ефект. Друга група материјали е целосно или делумно деминерализирано коскено ткиво, како и комбинации на овие материјали со биолошки активни супстанции, како што се коскените морфогенетски протеини и/или фактори на раст [Panasyuk A.F. et al., 2004].

Најважните барања за биопластични материјали остануваат такви параметри како што се нивните антигенски и индуктивни својства. Покрај тоа, за различни операции честопати се потребни материјали кои, заедно со горенаведените индикатори, имаат добри карактеристики на пластика или цврстина за да ги создадат и одржуваат потребните форми и конфигурации при пополнување на шуплини и дефекти на ткивото.

Земајќи го во предвид сето горенаведено, Konectbiopharm LLC разви технологија за добивање на коскениот колаген и коскените сулфатирани гликозаминогликани (sGAGs) и врз нивна основа се произведени биокомпозитни остеопластични материјали од сериите Biomatrix и Osteomatrix. Главната разлика помеѓу овие групи на биоматеријали е во тоа што Biomatrix содржи коскеен колаген и сулфатирани коскени гликозаминогликани, а Osteomatrix, кој ги има истите две главни компоненти на коскеното ткиво, исто така содржи хидроксиапатит во неговата природна форма [Panasyuk A. F. et al., 2004]. Изворот на овие биоматеријали се сунѓерести и кортикални коски на различни животни, како и на луѓе. Коскениот колаген добиен со оваа технологија не содржи други протеини и, под ин витро услови, практично е нерастворлив во доволно концентрирани раствори на алкали и органски киселини.

Ова својство овозможува биоматеријалите да бидат не само инертни во однос на имунолошкиот систем на организмот, туку и да бидат отпорни на биоразградување долго време по нивното имплантација. Во моментов, за да се забрза растот на коските и меките ткива, активно се користи методот на стимулација на клетките со плазма богата со тромбоцити (PRP). Оваа нова биотехнологија на насочено ткивно инженерство и клеточна терапија е, според некои автори, вистински пробив во хируршката пракса. Меѓутоа, за добивање на таква плазма потребна е одредена техничка опрема, а во некои случаи и специјално обучени вработени. Користењето на материјалот Biomatrix за овие цели целосно го решава вистинскиот проблем со минимални трошоци, бидејќи нема потреба да се изолираат тромбоцитите од крвта на пациентот. Во серија експерименти, откривме дека материјалот „Biomatrix“ е способен конкретно и во големи количини да ги врзува тромбоцитите од периферната крв (табела 1).

Табела 1 Врзување на крвните тромбоцити со колагенот на коските.

* - 6 ml крв се инкубираат со 1 g коскеен колаген (1 g сува коскена колаген зафаќа волумен од 2 до 7 cm³, во зависност од неговата порозност). Податоците во табелата се претставени како содржина на тромбоцити во 1 ml крв откако ќе се помине низ 1 cm³ коскеен колаген.

Значи, 1 cm³ биоматеријал Biomatrix може да ги врзе скоро сите тромбоцити (повеќе од 90%) од 1 ml крв, односно од 226 до 304 милиони тромбоцити. Во исто време, врзувањето на тромбоцитите со коскениот колаген се случува брзо и се завршува во рок од неколку минути (графикон 1).

Графикон 1. Стапката на врзување на крвните тромбоцити за коскениот колаген.

Исто така, беше откриено дека ако биоматеријалот „Биоматрикс“ се користел без покривање со антикоагуланси, тогаш формирањето на згрутчување се случило речиси веднаш. Сега е докажано дека работната концентрација за плазма богата со тромбоцити започнува од 1 милион тромбоцити на μl. Затоа, за да се добие плазма богата со тромбоцити, крвните тромбоцити мора да се концентрираат во просек 5 пати, но во исто време, како изолацијата бара значителни финансиски трошоци и одредено професионално искуство. Дополнително, за активирање на тромбоцитите и нивно ослободување на 7 фактори на раст: 3 типа PDGF-aa, -bb, -ab, два трансформирачки фактори на раст - TGF-β1 и β2, васкуларен ендотелен фактор на раст VEGF и епителен фактор на раст EGF - Богатата плазма мора да се коагулира со тромбоцити пред употреба. Во споредба со познатите методи, биоматеријалот „Биоматрикс“ може значително да ја зголеми концентрацијата на тромбоцитите. Во исто време, колагенот е токму протеинот кој е способен да го активира Хагеман факторот (XII фактор на коагулација на крвта) и системот на комплемент.

Познато е дека активираниот Хагеман фактор предизвикува каскада на реакции на системот за коагулација на крвта и доведува до формирање на згрутчување на фибрин. Овој фактор или неговите фрагменти, исто така, можат да го иницираат системот на каликреин-кинин на крвта. Така, коскениот колаген во составот на материјалите „Biomatrix“ и „Osteomatrix“ е во состојба да ги активира главните системи на протеолиза на крвната плазма, кои се одговорни за одржување на хемодинамска рамнотежа и за обезбедување на регенеративни реакции на телото. За разлика од плазмата богата со тромбоцити, која сама по себе нема остеоиндуктивен ефект, односно не може да иницира формирање на коска без присуство на коскени клетки, материјалите Biomatrix и Osteomatrix имаат таква моќ.

Значи, со интрамускулна имплантација на биоматеријали Biomatrix и, особено, Osteomatrix, се формира ектопично коскено ткиво, што директно ја докажува остеоиндуктивната активност на овие материјали [Иванов С.Ју. et al., 2000]. Комбинираната употреба на плазма богата со тромбоцити со рекомбинантен коскено морфогенетски протеин, кој може да ги стимулира клетките на сврзното ткиво да формираат коскено ткиво, го решава овој проблем, но тоа доведува до значително зголемување на цената на техниката. Исто така, треба да се забележи дека материјалите од серијата Osteomatrix содржат природен коскеен хидроксиапатит, кој е способен за афинитет да ги акумулира коскените морфогенетски протеини синтетизирани од остеобластите на неговата површина и на тој начин дополнително да ја стимулира остеогенезата („индуцирана остеоиндукција“).

Во овој случај, приговорот за можноста за развој на тумори поради употреба на рекомбинантни протеини е целосно отстранет, бидејќи во случај на слична употреба на материјалите Biomatrix и Osteomatrix, во зоната на имплантација се присутни само природни протеини од природно потекло. . Материјалите од сериите „Биоматрикс“ и „Остеоматрикс“ имаат и друг уникатен квалитет - тие се способни со афинитет да ги врзуваат сулфатните гликозаминогликани [Panasyuk A.F., Savashchuk D.A., 2007]. Ова врзување во услови слични на врзувањето на тромбоцитите се случува за краток временски период и бројот на врзани сулфатирани гликозаминогликани значително ги надминува физиолошките параметри (табела 2).

Табела 2 Врзување на сулфатирани гликозаминогликани за коскениот колаген.

Во моментов, добро е познато дека и колагенот и хидроксиапатитот што се користат одделно имаат главно остеокондуктивни својства, односно тие се способни да ја играат улогата на само „олеснувачки“ материјал за создавање на нова коска. Сепак, овие молекули можат да имаат и слаб остеоиндуктивен ефект врз остеобластните клетки поради некои од нивните биолошки својства.

Овој остеоиндуктивен ефект е зајакнат со комбинирана употреба на овие два типа на молекули. Од друга страна, ако сулфатните гликозаминогликани се исто така присутни во биоматеријалите заедно со колагенот и хидроксиапатитот, тогаш таквиот комплекс ќе биде поблизок во структурата до природната коскена матрица и, според тоа, ќе ги има своите функционални карактеристики во поголема мера. Значи, познато е дека сулфатните гликозаминогликани влијаат на многу индикатори на метаболизмот на сврзното ткиво.

Тие се способни да ја намалат активноста на протеолитичките ензими, да го потиснат синергетскиот ефект на овие ензими и кислородните радикали врз меѓуклеточната матрица, да ја блокираат синтезата на воспалителните медијатори со маскирање на антигенските детерминанти и да ја укинат хемотаксата, да ја спречат клеточната апоптоза предизвикана од штетни фактори и ја намалува синтезата на липидите и со тоа ги спречува процесите на деградација. Покрај тоа, овие соединенија се директно вклучени во изградбата на самите колагенски влакна и на екстрацелуларната матрица како целина.

Во раните фази на оштетување на сврзното ткиво, тие дејствуваат како иницијатори за создавање на привремена матрица и ви овозможуваат да го запрете распаѓањето на сврзното ткиво и формирање на груба лузна и последователно да обезбедите негова побрза замена со сврзно ткиво нормално за овој орган [Panasyuk A.F. et al., 2000]. За жал, улогата на сулфатните гликозаминогликани во регулацијата на остеогенезата не е доволно проучена, меѓутоа, се покажа дека главниот конкурент за улогата на индуктор на ектопична остеогенеза во моделниот систем е протеогликанот што го лачат клетките на мочниот меур. епител [Fridenshtein A.Ya., Lalykina K.S., 1972].

Други автори делат слично мислење, верувајќи дека протеогликаните се еден од факторите на стромалната микросредина која ја регулира хематопоезата и другата хистогенеза на мезенхималните деривати. Дополнително, докажано е дека ин витро и ин виво хондроитин сулфатите имаат изразен ефект врз минерализацијата на коските.Така, откривме дека кога материјалот „Остеоматрикс“ е изложен на култура на човечки хондроцити, се индуцираат нивните хондрогени својства. Под влијание на материјалот, човечките хондроцити формирале хистотипски структури во културата, во кои се случува таложење на фосфат и минерализација на коскената матрица за време на неговата осификација.

Понатаму, беше откриено дека по имплантација на биоматеријали „Биоматрикс“, „Аломатрикс-имплант“ и „Остеоматрикс“ кај зајаци, се формира ектопична коска, по што следи нејзино населување со коскената срцевина. Покрај тоа, овие материјали успешно се користат како носители за трансплантација на матични стромални прогениторни клетки [Иванов С.Ју. et al., 2000]. До денес, овие материјали се здобија со признание и во стоматолошката и во ортопедската пракса [Иванов С.Ју. et al., 2000, Лекишвили М.В. et al., 2002, Грудјанов А.И. et al., 2003, Asnina S.A. et al., 2004, Vasiliev M. G. et al., 2006]. Со висока ефикасност се користеа во случаи на несовршена остеогенеза, реставрација на раката, во хируршки третман на пародонтални заболувања и отстранување на дефекти на коските на вилицата. Овие биоматеријали, благодарение на развиената технологија за нивно производство, досега се единствените материјали во светот кои речиси целосно ги зачувале колагенските и минералните структури на природната коска, но во исто време овие материјали се целосно лишени од антигеност.

Големата предност на овие биоматеријали е што содржат сулфатирани коскени гликозаминогликани, афинитет поврзан со колаген и хидроксиапатит, што значително ги разликува од аналози достапни во светот и значително ја подобрува нивната остеогена моќ. Така, горенаведените експериментални и клинички податоци навистина докажуваат дека, врз основа на современите принципи на ткивното инженерство, домашните биокомпозитни материјали базирани на коскениот колаген, сулфатирани гликозаминогликани и хидроксиапатит се развиени и воведени во клиничката пракса. Овие модерни, ефективни и безбедни биоматеријали од новата генерација отвораат широки перспективи за решавање на многу проблеми со реставрација на коскеното ткиво во трауматологијата и ортопедијата, како и во многу други области на хируршката пракса.

Електронограмот (сл. 1) покажува дека препаратите на коскениот колаген се мрежа од наредени снопови и влакна. Во исто време, самите влакна се густо спакувани во снопови од втор ред, без прекини и дефекти. По својот изглед, материјалот има класична порозно-клеточна структура, која целосно одговара на архитектониката на родната сунѓереста коска и е ослободена од садови, протеини, механички и други подмножества. Големината на порите се движи од 220 до 700 µm.

Биокомпатибилноста на коскениот колаген беше оценета од нас според стандардни тестови во услови на нивна имплантација под кожата на стаорци Вистар. Со помош на хистоморфолошка анализа и скенирачка електронска микроскопија, беше откриено дека коскениот колаген по еден ипол месец престој во телото на примачот практично не се уништува и ја задржува својата структура.

Слика 1. Сл. 2.

Како што може да се види на сл. 2, порите, трабекулите и клетките на имплантираниот коскеен колаген се делумно исполнети со лабава влакнеста КТ, чии влакна се слабо залемени на имплантот. Јасно се гледа дека околу него се формира незначителен влакнест слој, а во самиот имплант е забележано присуство на мал број клеточни елементи од кои главни се фибробластите. Карактеристично е што имплантот не е залепен на околното дермално ткиво речиси низ целата должина. Овие резултати јасно укажуваат на високата отпорност на овој материјал на биоразградување и целосната бионертност на околното сврзно ткиво во однос на него.

Спроведовме студии за ефектот на биоматеријалите „Biomatrix“, „Allomatrix-implant“ и „Osteomatrix“ на остеорепарација на моделот на сегментална остеотомија според општо прифатените методи (Katthagen B.D., Mittelmeeir H., 1984; Schwarz N. et.al. ., 1991). Во експериментот користени се зајаци од расата Chinchilla со тежина од 1,5-2,0 kg, кои подлежат на сегментална остеотомија на радиусот под интравенска анестезија.

Два месеци по операцијата, во зоната на имплантација е забележано формирање на ново коскено ткиво. На сл. 3 резултат од хистоморфолошки преглед на материјалот „Аломатрикс-имплант“ по 2 месеци. по операцијата. Во проксималната зона на дефектот, видливо е добро развиено младо коскено ткиво. Остеобластите во голем број се во непосредна близина на коскените греди.

Во интерстицијалната супстанција, во празнините се наоѓаат остецити.Во новата коскена материја се формираат густо спакувани колагенски влакна. Интерстицијалната супстанција со активни клетки е добро развиена. Областа за имплантација (горе и лево) активно се обновува.

Во принцип, постои забрзано созревање на коските околу областа на имплантот.

Покрај тоа, се покажа дека порозно-клеточната структура на коскениот колаген обезбедува не само одржување на волуменот на дефектот поради неговите еластични својства, туку и оптимална можност за враснување на клетките на сврзното ткиво во него, развој на крв. садови и формирање на коска при замена на овој дефект.

Испратете ја вашата добра работа во базата на знаење е едноставна. Користете ја формата подолу

Студентите, дипломираните студенти, младите научници кои ја користат базата на знаење во нивните студии и работа ќе ви бидат многу благодарни.

Објавено на http://www.allbest.ru/

Објавено на http://www.allbest.ru/

Средно училиште Макеевскаја I - III нивоа №72

на тема: Ткиво инженерство во медицината

Завршено:

Шуџаула Камил

Вовед

1.1 Примарни клетки

1.2 Матични клетки

3.2 3D биопечатење

4. Одгледување ткиво

4.7 Коскена срцевина

5 Растење на органи

5.1 Мочен меур

5.2 Трахеа

5.4 Црниот дроб

5.5 Срце

5.6 Белите дробови

Заклучок

Апликација

Вовед

Една од насоките на биотехнологијата, која се занимава со создавање на биолошки замени за ткива и органи, е инженерството на ткивата (ТИ).

Инженерството на ткивата е создавање на нови ткива и органи за терапевтска реконструкција на оштетен орган со доставување потпорни структури, клетки, молекуларни и механички сигнали до саканата област за регенерација.

Во моментов, ткивното инженерство почнува да се користи во клиничката пракса за третман на дегенеративни болести и малформации; со изгореници и повреди, со доцна хидро- и уретерохидронефроза, како и со стоматолошки и естетски операции.

Современите случувања во биомедицината, а особено инженерството на ткивата; може да се користи за подобрување на ефективноста на третманот при реставрација на изгубени функционално значајни ткива.

1. Клетки за инженерство на ткиво

Најважниот елемент на успехот е достапноста на потребниот број функционално активни клетки кои се способни да се разликуваат, да го одржуваат соодветниот фенотип и да вршат специфични биолошки функции. Изворот на клетките може да бидат телесните ткива и внатрешните органи. Можно е да се користат соодветни клетки од пациент кој има потреба од реконструктивна терапија или од близок роднина (автогени клетки). Може да се користат клетки од различно потекло, вклучувајќи примарни и матични клетки.

1.1 Примарни клетки

Примарните клетки се зрели клетки на специфично ткиво што може да се земат директно од донорски организам (ex vivo) со операција. Доколку примарните клетки се земени од одреден донорски организам и последователно овие клетки треба да се имплантираат во него како реципиент, тогаш веројатноста за отфрлање на имплантираното ткиво е исклучена, бидејќи постои максимална можна имунолошка компатибилност на примарните клетки. и примачот. Сепак, примарните клетки, по правило, не се способни да се делат - нивниот потенцијал за репродукција и раст е низок.

При култивирање на такви клетки ин витро (преку инженерство на ткиво), за некои типови на клетки, можна е дедиференцијација, односно губење на специфични, индивидуални својства. На пример, хондроцитите внесени во култура надвор од телото често произведуваат фиброзна, а не транспарентна 'рскавица.

Бидејќи примарните клетки не се способни да се делат и може да ги загубат своите специфични својства, постои потреба од алтернативни извори на клетки за развој на технологии за инженерство на клетките. Матичните клетки станаа таква алтернатива.

1.2 Матични клетки

Матичните клетки се недиференцирани клетки кои имаат способност да се делат, самообновуваат и диференцираат во разни видови специјализирани клетки под влијание на специфични биолошки дразби.

Матичните клетки се поделени на „возрасни“ и „ембрионални“

Изворот на „возрасни“ матични клетки е крвта од папочната врвца собрана по раѓањето на детето. Оваа крв е многу богата со матични клетки. Со земање на оваа крв од папочната врвца на детето и ставање во криобанка (специјално складирање), матичните клетки подоцна може да се користат за обновување на речиси секое ткиво и орган на оваа индивидуа. Исто така, можно е да се користат овие матични клетки за лекување на други пациенти, под услов да се компатибилни со антиген. Американските научници добија матични клетки од човечката плацента (таму нивниот број е 10 пати поголем отколку во крвта од папочната врвца), кои се способни да се трансформираат во клетки од кожа, крв, мускули и нервни клетки.

Изворот на друг тип на матични клетки, фетални (ембрионски) матични клетки, е абортусниот материјал од 9-12 недели од бременоста. Овој извор е убедливо најчесто користен. Но, освен етичките и правните триење, феталните клетки понекогаш може да предизвикаат отфрлање на трансплантацијата. Покрај тоа, употребата на непроверен абортус е полн со инфекција на пациентот со вирусен хепатитис, СИДА, цитомегаловирус итн.

За насочување на организацијата, одржување на растот и диференцијацијата на клетките во процесот на реконструкција на оштетеното ткиво, потребен е посебен клеточен носач - матрица, која е тродимензионална мрежа слична на сунѓер или пемза (Дополнителна слика 3) . За нивно создавање се користат биолошки инертни синтетички материјали, материјали базирани на природни полимери (хитозан, алгинат, колаген) и биокомпозити. На пример, еквивалентите на коскеното ткиво се добиваат со насочена диференцијација на матичните клетки на коскената срцевина, крвта од папочната врвца или масното ткиво во остеобласти, кои потоа се применуваат на различни материјали кои ја поддржуваат нивната поделба (на пример, донаторска коска, колагенски матрици итн.) .

2. Фази на создавање вештачки органи

До денес, една од стратегиите на ткивното инженерство е како што следува:

1. Избор и одгледување на сопствен или донаторски клеточен материјал.

Клеточниот материјал може да биде регенерирани ткивни клетки или матични клетки.

Во првата фаза се избира сопствен или донорски клеточен материјал (биопсија), се изолираат и се одгледуваат ткивни специфични клетки. Составот на структурата за инженерство на ткиво, или графтот, покрај клеточната култура вклучува и специјален носач (матрица)

2. Развој на специјален клеточен носач (матрица) врз основа на биокомпатибилни материјали

Матриците можат да се направат од различни биокомпатибилни материјали. За создавање на матрици на графтови, се користат биолошки инертни синтетички материјали, материјали базирани на природни полимери (хитозан, алгинат, колаген), како и биокомпозитни материјали. На пример, еквивалентите на коскеното ткиво се добиваат со насочена диференцијација на коскената срцевина, крвта од папочната врвца или матичните клетки од масното ткиво. Клетките од добиената култура се нанесуваат на матрицата. инженерско ткивно растење на органи

3. Примена на клеточна култура на матрица и клеточно размножување во биореактор со посебни услови за одгледување

Каде што културата се инкубира одредено време. Првите биореактори беа создадени за производство на вештачко ткиво на црниот дроб.

4. Директно внесување на графтот во пределот на засегнатиот орган или прелиминарно поставување во делот добро снабден со крв за созревање и формирање на микроциркулација во внатрешноста на графтот (префабрикација)

Биоматеријалите што се користат за добивање на матрици мора да бидат биолошки инертни и по калемењето (пренесувањето во телото) да обезбедат локализација на клеточниот материјал депониран на нив на одредено место. Повеќето биоматеријали од ткивното инженерство лесно се уништуваат (ресорбираат) во телото и се заменуваат со сопствени ткива. Во овој случај, не треба да се формираат меѓупроизводи кои се токсични, ја менуваат pH вредноста на ткивото или го нарушуваат растот и диференцијацијата на клеточната култура. Материјалите кои не се ресорпираат речиси никогаш не се користат, бидејќи ја ограничуваат регенеративната активност, предизвикуваат прекумерно формирање на сврзно ткиво, предизвикуваат реакција на туѓо тело (инкапсулација)

Еквивалентите на жива кожа кои содржат донаторски или сопствени клетки на кожата во моментов се широко користени во САД, Русија и Италија. Овие дизајни го подобруваат заздравувањето на обемните површини со изгореници. Развојот на графтови се врши и во кардиологијата (вештачки срцеви залистоци, реконструкција на големи садови и капиларни мрежи); за обновување на респираторните органи (ларинксот, душникот и бронхиите), тенкото црево, црниот дроб, органите на уринарниот систем, ендокрините жлезди и неврони. Металните наночестички во ткивното инженерство се користат за контрола на растот на клетките со нивно изложување на магнетни полиња од различни насоки. На пример, на овој начин беше можно да се создадат не само аналози на структурите на црниот дроб, туку и такви сложени структури како елементи на мрежницата. Исто така, нанокомпозитните материјали создадени со методот на литографија со електронски зрак (литографија со електронски сноп, EBL) обезбедуваат грубост на површината на матриците во наноразмер за ефикасно формирање на коскени импланти. Создавањето на вештачки ткива и органи ќе овозможи да се одбие трансплантација на повеќето органи донори, да се подобри квалитетот на животот и преживувањето на пациентите.

3. Основни методи на ткиво инженеринг

3.1 Симулација на природна органогенеза

Органогенеза - процес на формирање на органи за време на ембрионалниот развој

Органогенезата е придружена со диференцијација на клетките, ткивата, селективен и нерамномерен раст на одделни органи и делови од телото, продолжува во ларвата и завршува во јувенилниот период.

3.2 3D биопечатење

Ветувачките технологии за инженерство на ткиво ја отворија можноста за лабораториско создавање на живи ткива и органи, но науката сè уште е немоќна пред создавањето на сложени органи. Сепак, релативно неодамна, научниците предводени од д-р Гунтер Товар од Друштвото Фраунхофер во Германија направија огромен напредок во областа на инженерството на ткивата - тие развија технологија за создавање на крвни садови. Но, се чинеше дека е невозможно вештачки да се создадат капиларни структури, бидејќи тие мора да бидат флексибилни, еластични, мали во форма и во исто време да комуницираат со природните ткива. Чудно е доволно, но производствените технологии дојдоа до спасување - метод за брзо прототипирање (со други зборови, 3D печатење). Разбирливо е дека сложен тродимензионален модел (во нашиот случај, крвен сад) се печати на тридимензионален инк-џет печатач со помош на специјално „мастило“. Печатачот го нанесува материјалот во слоеви, а на одредени места слоевите се хемиски споени. Сепак, забележуваме дека за најмалите капилари, тридимензионалните печатачи сè уште не се доволно прецизни. Во овој поглед, беше применет методот на мултифотонска полимеризација што се користи во полимерната индустрија. Кратките интензивни ласерски импулси кои го обработуваат материјалот ги возбудуваат молекулите толку силно што тие комуницираат едни со други, поврзувајќи се во долги синџири. Така, материјалот се полимеризира и станува тврд, но еластичен, како природни материјали. Овие реакции се толку контролирани што може да се користат за создавање на најмали структури според тродимензионален „цртеж“.

И за да можат создадените крвни садови да се спојат со клетките на телото, модифицираните биолошки структури (на пример, хепарин) и протеините „сидро“ се интегрираат во нив за време на производството на садови. Во следната фаза, ендотелните клетки (единствен слој на рамни клетки што ја обложуваат внатрешната површина на крвните садови) се фиксираат во системот на создадени „тубули“ така што крвните компоненти не се лепат за ѕидовите на васкуларниот систем, туку се слободно транспортирани по неа. Сепак, ќе помине извесно време пред органите израснати во лабораторија со свои крвни садови всушност да бидат имплантирани.

Растечки органи на донатор или ксенолошка матрица, растечки органи на вештачка матрица види стр.3

4. Одгледување ткиво

Одгледувањето на едноставни ткива е веќе постоечка и користена технологија во пракса.

Реставрацијата на оштетените области на кожата е веќе дел од клиничката пракса. Во некои случаи, се користат методи за регенерација на кожата на самата личност, на пример, жртва на изгореница преку специјални ефекти. Ова е, на пример, развиено од Р.Р. Rakhmatullin биопластичен материјал hyamatrix, или биокол, развиен од тим предводен од Б.К. Гавриљук. Специјални хидрогели се користат и за растење на кожата на местото на изгореницата.

Се развиваат и методи за печатење фрагменти од ткиво на кожата со помош на специјални печатачи. Такви технологии создаваат, на пример, програмери од американските центри за регенеративна медицина AFIRM и WFIRM.

Д-р Јорг Герлах и неговите колеги од Институтот за регенеративна медицина на Универзитетот во Питсбург измислиле уред за калемење кожа што ќе им помогне на луѓето побрзо да заздрават од изгореници со различна тежина. Skin Gun прска раствор со сопствени матични клетки на оштетената кожа на жртвата. Во моментов, новиот метод на лекување е во експериментална фаза, но резултатите се веќе импресивни: тешките изгореници заздравуваат за само неколку дена.

Група вработени од Универзитетот Колумбија, предводени од Гордана Вуњак-Новаковиќ (Гордана Вуњак-Новаковиќ) добија од матични клетки засеани на рамка, фрагмент од коска сличен на дел од темпоромандибуларниот зглоб. Научниците од израелската компанија Бонус Биогруп (основач и извршен директор - Pai Meretsky, Shai Meretzki развиваат методи за растење на човечка коска од масното ткиво на пациентот добиено преку липосукција. Вака израснатата коска веќе е успешно пресадена во шепа на стаорец.

Италијанските научници од Универзитетот во Удине беа во можност да покажат дека популација на мезенхимални матични клетки добиени од една клетка на масно ткиво in vitro, дури и во отсуство на специфична структурна матрица или супстрат, може да се диференцираат во структура слична на забниот микроб. .

На Универзитетот во Токио, научниците одгледале полноправни заби од матични клетки од глувче, кои содржат забни коски и сврзни влакна и успешно ги пресадиле во вилиците на животните.

Специјалисти од Медицинскиот центар на Универзитетот Колумбија (Медицински центар на Универзитетот Колумбија), предводени од Џереми Мао (Џереми Мао) успеаја да ја обноват зглобната 'рскавица на зајаците.

Прво, истражувачите го отстранија ткивото на рскавицата на рамениот зглоб од животните, како и основниот слој на коскеното ткиво. Потоа, на местото на отстранетите ткива беа поставени колагенски скелиња.

Кај оние животни кај кои скелетите содржеле трансформирачки фактор на раст, протеин кој ја контролира клеточната диференцијација и раст, коскеното и рскавичното ткиво на хумерусот било повторно формирано, а движењето во зглобот било целосно обновено.

Група американски научници од Универзитетот во Тексас во Остин успеаја да создадат ткиво на 'рскавица со механички својства и состав на екстрацелуларната матрица што се менуваат во различни области.

Во 1997 година, хирургот Џеј Всканти од Општата болница во Масачусетс во Бостон успеа да израсне човечко уво на задниот дел на глувчето користејќи клетки на 'рскавицата.

Лекарите од Универзитетот Џон Хопкинс извадиле уво погодено од тумор и дел од кранијалната коска на 42-годишна жена болна од рак. Користејќи ја 'рскавицата од градите, кожата и крвните садови од другите делови на телото на пациентката, и издигнале вештачко уво на нејзината рака, а потоа и го пресадиле на вистинското место.

Истражувачите од Политехничкиот институт Ворчестер (САД) успешно ја санираа големата рана во мускулното ткиво кај глувците со одгледување и имплантација на микрофиламенти кои се состојат од протеински полимер фибрин обложен со слој од човечки мускулни клетки.

Израелските научници од Технолошкиот институт Технион-Израел го истражуваат потребниот степен на васкуларизација и организација на ткивото ин витро за да го подобрат преживувањето и интеграцијата на васкуларизираниот мускулен имплант направен со ткиво во телото на примателот.

Истражувачите од Универзитетот Пјер и Марија Кири во Париз, предводени од Лук Дуај, за прв пат во светот успешно тестираа вештачка крв израсната од матични клетки на човечки доброволци.

Секој од учесниците во експериментот добил 10 милијарди црвени крвни зрнца, што е еквивалентно на околу два милилитри крв. Стапките на преживување на добиените клетки беа споредливи со оние на конвенционалните еритроцити.

4.7 Коскена срцевина

Вештачката коскена срцевина дизајнирана за ин витро производство на крвни зрнца е успешно креирана за прв пат од истражувачите од лабораторијата за хемиско инженерство на Универзитетот во Мичиген, предводени од Николас Котов. Со негова помош веќе е можно да се добијат хематопоетски матични клетки и Б-лимфоцити - клетки на имунолошкиот систем кои произведуваат антитела.

5. Расте сложени органи

5.1 Мочен меур

Д-р Ентони Атала и неговите колеги од Универзитетот Вејк Форест во САД одгледуваат мочен меур од клетките на самите пациенти и ги пресадуваат на пациенти.

Избрале неколку пациенти и од нив зеле биопсија на мочниот меур - примероци од мускулни влакна и уротелијални клетки. Овие клетки се размножувале седум до осум недели во петриеви садови на база во облик на меур. Тогаш вака израснатите органи биле зашиени во телата на пациентите.

Следењата на пациентите во текот на неколку години покажаа дека органите функционираат добро, без негативните ефекти од постарите третмани.

Всушност, ова е првпат доволно сложен орган, наместо едноставни ткива како кожа и коски, да биде вештачки одгледуван ин витро и трансплантиран во човечко тело. Овој тим исто така развива методи за одгледување на други ткива и органи.

5.2 Трахеа

Шпански хирурзи ја извршија првата трансплантација на трахеа израсната од матични клетки на пациентката, 30-годишната Клаудија Кастиљо.

Органот бил одгледуван на Универзитетот во Бристол со помош на донаторски скеле од колагенски влакна.

Операцијата ја изврши професорот Паоло Макиарини од Болничката клиника во Барселона.

Професорот Макиарини активно соработува со руски истражувачи, што овозможи да се изведат првите операции за трансплантација на израснат душник во Русија.

Напредната клеточна технологија објави во 2002 година дека успешно одгледале целосен бубрег од една клетка земена од уво на крава користејќи технологија за клонирање за да се добијат матични клетки.

Со помош на специјална супстанција, матичните клетки беа претворени во бубрежни клетки.

Ткивото било одгледувано на скеле направено од самоуништувачки материјал создаден на Медицинскиот факултет Харвард и обликуван како обичен бубрег. Добиените бубрези, долги околу 5 см, беа вградени во кравата до главните органи.

Како резултат на тоа, вештачкиот бубрег успешно почна да произведува урина.

5.4 Црниот дроб

Американски специјалисти од Општата болница во Масачусетс (Општата болница во Масачусетс), под раководство на Коркут Југун (Коркут Ујгун), успешно пресадиле црн дроб израснат во лабораторија од нивните сопствени клетки на неколку стаорци.

Истражувачите ги отстраниле црниот дроб од пет лабораториски стаорци, ги исчистиле од клетките домаќини, со што добиле скелиња од сврзното ткиво на органи.

Истражувачите потоа инјектирале приближно 50 милиони клетки на црниот дроб од стаорци приматели во секое од петте скелиња. Во рок од две недели, на секое од скелињата населени со клетки беше формиран целосно функционален црн дроб.

Органите израснати во лабораторија потоа беа успешно трансплантирани на пет стаорци.

5.5 Срце

Научниците од британската болница Хефилд, предводени од Мегди Јакуб, за прв пат во историјата израснале дел од срцето, користејќи матични клетки како „градежен материјал“. Лекарите израснале ткиво кое функционира исто како срцевите залистоци одговорни за протокот на крв во човечкото тело. Научниците од Универзитетот во Росток (Германија) користеа технологија за печатење на ќелии со ласерски индуциран пренос (LIFT) за да направат „лепенка“ наменета за регенерација на срцето.

5.6 Белите дробови

Американските научници од Универзитетот Јеил (Јејл Универзитетот), предводени од Лаура Никласон (Лора Никласон) пораснаа во лабораториските бели дробови (на донаторска екстрацелуларна матрица). Матрицата беше исполнета со епителни клетки на белите дробови и внатрешната обвивка на крвните садови земени од други лица. Преку одгледување во биореактор, истражувачите успеале да израснат нови бели дробови, кои потоа биле трансплантирани на неколку стаорци. Органот функционирал нормално кај различни индивидуи од 45 минути до два часа по трансплантацијата. Сепак, после тоа, во садовите на белите дробови почнаа да се формираат згрутчување на крвта. Покрај тоа, истражувачите забележале истекување на мала количина на крв во луменот на органот. Сепак, за прв пат, истражувачите успеаја да го покажат потенцијалот на регенеративната медицина за трансплантација на бели дробови.

Заклучок

Клеточното (ткивно) инженерство е гранка на биотехнологијата која користи методи за изолирање на клетките од телото, нивно трансформирање и одгледување на хранливи материи.

Една од областите на клеточното инженерство е употребата на матични клетки за обновување на оштетените ткива и органи. Во лабораториски услови можна е репродукција и понатамошна специјализација на матичните клетки. Ова отвора перспективи за вештачко одгледување на ткива и некои органи на луѓето и животните со цел нивно последователно воведување во организми.

Друга област на клеточното инженерство е клонирање на организми. Клон (од грчки. Клон - гранка, потомство) е збир на клетки или индивидуи добиени од заеднички предок бесполово; клонот се состои од генетски хомогени клетки или организми. Кај растенијата, природното клонирање е широко распространето поради асексуална, особено вегетативна репродукција. Научниците добиваат и вештачки клонови на растенија.

Апликација

Хостирано на Allbest.ru

Слични документи

Генетски инженеринг: историја на појава, општи карактеристики, предности и недостатоци. Запознавање со најновите методи на генетски инженеринг, нивна употреба во медицината. Развој на генетски инженеринг во областа на сточарството и живинарството. Експерименти на стаорци.

термински труд, додаден на 11.07.2012 година


Појавата на биотехнологијата. Главните насоки на биотехнологијата. Биоенергијата како гранка на биотехнологијата. Практични достигнувања на биотехнологијата. Историја на генетскиот инженеринг. Цели, методи и ензими на генетскиот инженеринг. Достигнувања во генетскиот инженеринг.

апстракт, додаден на 23.07.2008 година


Употреба на генетски инженеринг како биотехнолошка алатка за контрола на наследноста на живите организми. Карактеристики на главните методи и достигнувања на генетскиот инженеринг во медицината и земјоделството, поврзани опасности и перспективи.

извештај, додаден на 10.05.2011 година


Методи за одгледување човечки и животински соматски клетки на вештачки хранливи подлоги како предуслов за развој на клеточното инженерство. Фази на соматска хибридизација. Трансфер на генетски материјал. Потекло на трансгенски растенија.

апстракт, додаден на 23.01.2010 година


Концептот и основните методи на генетски инженеринг. Метод на екстракција на ДНК на пример на ДНК плазмиди. Работни принципи на системот за ограничување-модификација. Трансфер и откривање на клонирани гени во клетките. Изградба и внесување на рекомбинантни молекули на ДНК во клетките.

апстракт, додаден на 23.01.2010 година


Суштината на генетскиот и клеточниот инженеринг. Главните задачи на генетска модификација на растенијата, анализа на штетноста на нивната употреба во храната. Карактеристики на хибридизација на растителни и животински клетки. Механизмот на добивање лековити супстанции со користење на генетски инженеринг.

презентација, додадена на 26.01.2014 година


Трансплантација на гени и делови од ДНК на еден вид во клетки на друг организам. Историја на генетскиот инженеринг. Став кон генетски модифицираните организми во светот. Нови ГМ сорти. Што му носи генетскиот инженеринг на човештвото? Какви се перспективите на генетскиот инженеринг.

презентација, додадена на 24.02.2015 година


Историја, цели и основи на генетскиот инженеринг; биоетички аспекти. Групи на генетски болести, нивна дијагноза и третман. Примена на генетскиот инженеринг во медицинската пракса: генски вакцини, генска терапија, производство на лекови.

апстракт, додаден на 26.10.2011


Употреба на клетки кои не постоеле во природата во биотехнолошките процеси. Изолацијата на гените од клетките, манипулацијата со нив, воведувањето во други организми се во срцето на задачите на генетскиот инженеринг. Историја на генетскиот инженеринг. Проблеми на производи со ГМО.

презентација, додадена на 21.02.2014 година


Предуслови за појава на генетика. Основа на теоријата на мутации. Генетика како наука за наследноста: нејзините почетни закони и развој. Генетски инженеринг: истражувачки аспекти и практични резултати. Клонирање на органи и ткива.

Дефиниција Една од областите на биотехнологијата која се занимава со создавање на биолошки замени за ткива и органи. Опис Создавањето на биолошки ткивни замени (графт) опфаќа неколку фази: 1) селекција и одгледување на сопствен или донаторски клеточен материјал; 2) развој на специјален носач за клетки (матрица) врз основа на биокомпатибилни материјали; 3) примена на клеточната култура на матрицата и клеточното размножување во биореактор со посебни услови за одгледување; 4) директно внесување на графтот во пределот на засегнатиот орган или прелиминарно поставување во област добро снабдена со крв за созревање и формирање на микроциркулација во внатрешноста на графтот (префабрикација). Клеточниот материјал може да биде регенерирани ткивни клетки или матични клетки. За создавање на матрици на графтови, се користат биолошки инертни синтетички материјали, материјали базирани на природни полимери (хитозан, алгинат, колаген), како и биокомпозитни материјали. На пример, еквивалентите на коскеното ткиво се добиваат со насочена диференцијација на матичните клетки од коскената срцевина, крвта од папочната врвца или масното ткиво. Потоа, добиените остеобласти се нанесуваат на различни материјали кои ја поддржуваат нивната поделба - донорска коска, колагенски матрици, порозен хидроксиапатит итн. Овие дизајни го подобруваат заздравувањето на обемните површини со изгореници. Развојот на графтови се врши и во кардиологијата (вештачки срцеви залистоци, реконструкција на големи садови и капиларни мрежи); за обновување на респираторните органи (ларинксот, душникот и бронхиите), тенкото црево, црниот дроб, органите на уринарниот систем, ендокрините жлезди и неврони. Употребата на матични клетки е широко користена во областа на ткивното инженерство, но има и етички (ембрионски матични клетки) и генетски ограничувања (во некои случаи се јавува малигна поделба на матичните клетки). Неодамнешните студии покажаа дека со помош на манипулации со генетски инженеринг е можно да се добијат таканаречените плурипотентни матични клетки (iPSc) од фибробластите на кожата, слични по нивните својства и потенцијал на ембрионските матични клетки. Металните наночестички во ткивното инженерство се користат за контрола на растот на клетките со нивно изложување на магнетни полиња од различни насоки. На пример, на овој начин беше можно да се создадат не само аналози на структурите на црниот дроб, туку и такви сложени структури како елементи на мрежницата. Исто така, нанокомпозитните материјали обезбедуваат грубост на површината на матриците во нано размери за ефикасно формирање на коскени импланти со помош на методот на литографија со електронски зрак (EBL). Создавањето на вештачки ткива и органи ќе овозможи да се одбие трансплантација на повеќето органи донори, да се подобри квалитетот на животот и преживувањето на пациентите. Авторите

• Борис Народицки, доктор по биолошки науки
• Нестеренко Људмила Николаевна, д-р.

1. Нанотехнологии во инженерството на ткиво / Нанометар. - URL: http://www.nanometer.ru/2007/10/16/tkanevaa_inzheneria_4860.html (пристапено на 12.10.2009)
2. Матични клетки / Википедија - бесплатна енциклопедија. URL: ttp://ru.wikipedia.org/wiki/Stem Cells (Пристапено на 12.10.2009)

Енциклопедиски речник на нанотехнологијата. - Руснано. 2010 .

Погледнете што е „инженерство на ткиво“ во другите речници:

ткиво инженеринг- Методи на контролирање на телесните клетки со цел да се формираат нови ткива или да се изразат биолошки активни супстанции Теми на биотехнологијата EN ткиво инженеринг… Прирачник за технички преведувач

Термин биоинженеринг Англиски термин биоинженеринг Синоними биомедицинско инженерство Кратенки Поврзани термини биоразградливи полимери, биомедицински микроелектромеханички системи, биомиметика, биомиметички наноматеријали,… …

Поим биомиметички наноматеријали Англиски термин биомиметички наноматеријали Синоними биомиметика, биомиметика Кратенки Поврзани поими протеини, биоразградливи полимери, биоинженерство, биомиметика, биокомпатибилност, биокомпатибилни… Енциклопедиски речник на нанотехнологијата

Вадим Сергеевич Репин Датум на раѓање: 31 јули 1936 година (1936 07 31) (76 години) Место на раѓање: СССР Земја ... Википедија

- (латински плацента, „колач“) ембрионски орган кај сите женски плацентарни цицачи, некои торбари, риби со чекан и други живородени рскавици, како и живородени онихофори и низа други групи животни, што дозволува ... Википедија

Содржи некои од најистакнатите актуелни настани, достигнувања и иновации во различни области на модерната технологија. Новите технологии се оние технички иновации кои претставуваат прогресивни промени во областа ... ... Википедија

Артикли амфифилни биоразградливи полимери биолошка мембрана биолошки мотори биолошки нано објекти Енциклопедиски речник на нанотехнологијата

Статии „двонасочни“ честички активирач бактериохлорофилбиолошки моторбиолошки нанообјекти биомиметици биомиметички наноматеријали биосензорбиокомпатибилностбислојни вектори базирани на наноматеријали водородно поврзување… Енциклопедиски речник на нанотехнологијата

Статии „мека“ хемиска биолошка мембранабиомиметикбиомиметички наноматеријали биосорбиококомпатибилни премази двослоен генетски инженеринг хибридни материјали Капа за испорака на микрочипген ДНАДНА… Енциклопедиски речник на нанотехнологијата

Ова е услужна листа на статии создадени за координирање на работата на развојот на темата. Ова предупредување не трае ... Википедија

Книги

• Ткиво инженерство, Дише длабоко шоу креативен тим. Фундаментално нов пристап - инженерство на клетки и ткива - е најновото достигнување во областа на молекуларната и клеточната биологија. Овој пристап отвори широки изгледи за создавање ... аудио книга