Weefseltechnologie. Geneeskunde van de 21e eeuw: stamcellen, nanodiamanten en weefselmanipulatie

Wat als we lichaamsdelen konden laten groeien, als een zeester? Is dit fantasie of realiteit? "NAAR & Z" besloot uit te zoeken wat het is weefselmanipulatie, en vooral, is het beschikbaar in Rusland?

Wat is weefselmanipulatie

Ons lichaam is in feite in staat tot regeneratie, bovendien doet het dit elke dag: de botten worden elke tien jaar hersteld en de huid verandert elke twee weken. Maar dit is natuurlijk niet genoeg. Door ziekten, verwondingen en simpelweg door het ouder worden worden onze weefsels en hele organen vernietigd en sterven ze af. Hoe kun je dit proces vertragen en herstellen wat er niet meer is? Deze kwesties worden aangepakt door de geavanceerde richting van de regeneratieve geneeskunde: weefselmanipulatie, die het mogelijk maakt om verloren huid en delen van organen, bijvoorbeeld het hart of de blaas, aan te vullen.

Waarom is weefselmanipulatie nodig?

Weefselnecrose als gevolg van ziekte, letsel of aangeboren afwijkingen is wereldwijd het grootste gezondheidsprobleem. De behoefte aan transplantatie groeit in alle landen exponentieel. De klassieke moderne geneeskunde geneest velen chronische ziektes op dit moment niet mogelijk - alleen corrigerende procedures zijn mogelijk, maar het vinden van een volledig compatibele donor is ook een uitdaging.

Tegenwoordig is een van de belangrijkste methoden om organen en weefsels te herstellen in gevallen waarin transplantatie van het eigen materiaal onmogelijk is, de transplantatie van een levende donor of een onlangs overleden persoon. Het belangrijkste in dit proces is maximale biologische compatibiliteit van donor en ontvanger. Maar zelfs in dit geval zal het immuunsysteem zich verzetten tegen de implantatie van het getransplanteerde orgaan of weefsel. Daarom krijgen patiënten die een transplantatie hebben ondergaan speciale medicijnen voorgeschreven - immunosuppressiva - tijdelijk of voor het leven. In wezen onderdrukken ze het eigen immuunsysteem van een persoon. Maar ondanks vele inspanningen schiet het getransplanteerde orgaan vaak geen wortel.

Volgens het principe ‘doe geen kwaad’ zijn wetenschappers en artsen al lang op zoek naar manieren om weefsels en organen te herstellen met behulp van het eigen lichaam van de patiënt. Voor dit doel is een hele sectie reconstructieve chirurgie verschenen, gebaseerd op microchirurgische technieken. Naai of transplanteer een vinger bij letsel, bijvoorbeeld van een voet naar een arm, herstel de borstklier na verwijdering kwaadaardige tumor en zelfs een aanzienlijk deel van het gezicht van de patiënt teruggeven - na letsel, kanker of letsel. Maar microchirurgie is niet almachtig. Dit is hoe weefselmanipulatie begon te bloeien, wat lang vóór de microchirurgie verscheen.

Een kleine geschiedenis van het probleem

De Amerikaanse arts Leo Loeb dacht hier eind 19e eeuw voor het eerst over na. In 1897 voerde hij een experiment uit: hij observeerde hoe cellen zich verdeelden in gestold bloed en lymfe. Nadat hij zijn observaties had gepubliceerd, onthulde hij echter niet de exacte parameters van het experiment, wat dit werk nog intrigerender maakte. Volg hem naar dit onderwerp met verschillende kanten Veel wetenschappers probeerden hem te benaderen, maar slechts tien jaar later slaagde zijn collega en landgenoot - wetenschapper Ross Harrison - erin om zenuwvezels en cellen uit het weefsel van een kikkerembryo te laten groeien en levend te houden. En al in 1912 konden de Franse chirurg Alexis Carrel en zijn collega's het leven van een klein deel van het hart van een kippenembryo ondersteunen. Dit biomateriaal bleef levensvatbaar en groeide zelfs 24 jaar lang!

Weefselgroeimethoden

Sindsdien heeft tissue engineering een lange weg afgelegd. Tegenwoordig worden verschillende methoden gebruikt om weefsel te laten groeien, maar een van de belangrijkste - steiger - steigertechnologie. Experimentatoren uit verschillende landen beoefenen het al sinds de jaren negentig. Met deze technologie worden cellen van een levend organisme als monster genomen: een stukje weefsel of een afzonderlijk orgaan. Vervolgens wordt het met behulp van enzymen in individuele cellen afgebroken en gedurende vier tot zes weken gekweekt.

Volgende fase - transplantatie van vermenigvuldigde cellen op een schavot, speciale tijdelijke matrix. Uiterlijk kan het schavot worden aangezien voor katoenen stof, heel geschikt voor een blouse of overhemd, maar in feite is het een complex kunstmatig materiaal. Op zo'n steiger wordt biomateriaal gekweekt dat bedoeld is voor transplantatie in de mens. De structuur wordt geïmplanteerd waar er geen weefsel is, bijvoorbeeld op de urethra of de nier. Het schavot fungeert als een soort koerier voor nieuwe cellen. Zodra het beschadigde weefsel is gerepareerd, lost het toedieningsmiddel op en verdwijnt spoorloos.

Een treffend voorbeeld van dergelijk werk is de reconstructie van de blaas door de Amerikaanse chirurg Anthony Atala voor Luke Massella, een tienjarige jongen met een aangeboren afwijking van de wervelkolom: een gespleten gehemelte. De ziekte verlamde de blaas van het kind, en tegen de tijd dat de ouders zich tot de dokter wendden voor hulp, waren de nieren al aan het falen. “Voor de groei” namen ze blaasweefsel ter grootte van een halve postzegel. De celkweek onder laboratoriumomstandigheden duurde vier weken. Het team van Atala creëerde vervolgens een steiger in de vorm van een blaas, die de binnenste schil bedekte met cellen die het 'oorspronkelijke' orgaan bekleedden, en de buitenste schil met spiercellen. Het model werd voor rijping in een bioreactor (een medisch analoog van een oven) geplaatst. Na zes tot acht weken werd het volledig gevormde orgaan getransplanteerd. Op dezelfde ingewikkelde manier slaagde Atala erin een hartklep en zelfs een oor te laten groeien. We moesten er trouwens aan sleutelen: het kraakbeen van de patiënt werd in de mal gezaaid, die, na een verblijf van enkele weken in de bioreactor, veranderde in een onafhankelijk steigeroor. Voor complexere organen, zoals het hart, heeft Atala's collega, de Chinese wetenschapper Tao Zhu, een techniek ontwikkeld die gebruik maakt van 3D-printers. In plaats van inkt worden menselijke cellen in de cartridges gegoten, waaruit letterlijk binnen een uur een hart wordt afgedrukt, en na 46 uur is het klaar voor gebruik.

Donororganen worden ook als raamwerk gebruikt. Laten we de lever nemen: met behulp van speciale middelen worden alle cellen van de donor eruit verwijderd, waarna de cellen van de patiënt in het verwoeste "skelet" worden ingebracht - van binnenuit en van buitenaf. De cellen van de patiënt zijn een garantie dat er geen afstoting door het lichaam zal plaatsvinden. Weefseltechniek is nog steeds een experimentele wetenschap, maar bestaande experimenten bewijzen dat met deze techniek alles kan worden gemaakt: hartkleppen, bloedvaten, lever, spieren, oren en menselijke vingers. Wetenschappers hopen dat de nieuwe techniek ook zal helpen bij het aanpakken van een ander acuut probleem van de transplantologie: het tekort aan donororganen.

Autotransplantatie in de esthetische geneeskunde

Tegenwoordig wordt conventionele autotransplantatie veel gebruikt voor brandwonden, verwondingen aan kraakbeen, pezen en zelfs botten. Op dit moment kan tissue engineering op het niveau van de schoonheidsgeneeskunde geen bijzondere dingen bieden, maar er zijn wel enkele dingen. In de esthetische geneeskunde wordt veel gebruik gemaakt van autotransplantatie van kraakbeen en vetweefsel. Uw eigen kraakbeenweefsel overleeft veel beter tijdens een neuscorrectie en zorgt ervoor dat u de vorm van uw neus flexibel kunt modelleren. Met genioplastiek kunt u eenvoudig de hoek van uw kin veranderen met behulp van uw eigen zakdoekje. De installatie van kraakbeenimplantaten wordt ook gebruikt bij malarplastiek om het volume van het jukbeengebied te vergroten.

Regeneratieve geneeskunde in Rusland

In Rusland is de situatie met weefselmanipulatie niet zo rooskleurig: niemand kweekt nog organen, er zijn regeneratieve technieken in de cardiologie en er wordt extracorporale hematocorrectie gebruikt. Er worden experimenten uitgevoerd met 3D-printen, maar op dit moment is het zelfs vanuit juridisch oogpunt onmogelijk om dergelijke operaties uit te voeren.

Regeneratieve geneeskunde, met name het buiten kweken van stamcellen menselijk lichaam, een van de belangrijkste en belangrijke gebeurtenissen in de wereldpraktijk. Meer recentelijk, in 2014, slaagden wetenschappers van het Instituut voor Fysisch en Chemisch Onderzoek van Japan erin het gezichtsvermogen van een 70-jarige vrouw te herstellen, en dit jaar konden de Japanners huid, haarzakjes en een mini-lever laten groeien. Het is voor de geneeskunde al mogelijk om kraakbeen, weefsels en sommige hele organen te laten groeien. Niet ver weg - het hart, de alvleesklier en zenuw weefsel, brein. Tot nu toe zijn de statistieken niet bemoedigend: er sterven elke minuut in de wereld twee mensen die gered zouden kunnen worden door hun eigen weefsel te transplanteren. Autotransplantatie is de toekomst, met behulp waarvan miljoenen levens kunnen worden gered.

) — creatie van nieuwe weefsels en organen voor therapeutische reconstructie van een beschadigd orgaan door het leveren van ondersteunende structuren, moleculaire en mechanische signalen voor regeneratie naar het gewenste gebied.

Beschrijving

Conventionele implantaten gemaakt van inerte materialen kunnen alleen de fysieke en mechanische tekortkomingen van beschadigd weefsel corrigeren. Het doel van tissue engineering is het herstel van biologische (metabolische) functies, dat wil zeggen weefselregeneratie, en niet simpelweg het vervangen ervan door synthetisch materiaal.

De creatie van een door weefsel ontwikkeld implantaat (graft) omvat verschillende fasen:

1. selectie en kweek van eigen of donorcelmateriaal;
2. ontwikkeling van een speciale drager voor cellen (matrix) op basis van biocompatibele materialen;
3. het aanbrengen van een celcultuur op de matrix en celproliferatie in een bioreactor met speciale kweekomstandigheden;
4. directe introductie van het transplantaat in het gebied van het aangetaste orgaan of voorlopige plaatsing in een gebied dat goed van bloed wordt voorzien voor rijping en vorming van microcirculatie in het transplantaat (prefabricage).

Het celmateriaal kan worden weergegeven door cellen van het geregenereerde weefsel of door stamcellen. Voor het maken van entmatrices worden biologisch inerte synthetische materialen, materialen op basis van natuurlijke polymeren (chitosan, alginaat, collageen) en biocomposietmaterialen gebruikt. Botweefselequivalenten worden bijvoorbeeld verkregen door gerichte differentiatie van stamcellen uit beenmerg, navelstrengbloed of vetweefsel. Vervolgens worden de resulterende osteoblasten (jonge botcellen die verantwoordelijk zijn voor de groei ervan) aangebracht op verschillende materialen die hun deling ondersteunen - donorbot, collageenmatrices, poreus hydroxyapatiet, enz. Levende huidequivalenten die donor- of eigen huidcellen bevatten, worden momenteel veel gebruikt in de VS. , Rusland, Italië. Deze ontwerpen kunnen de genezing van uitgebreide brandwonden verbeteren. De ontwikkeling van transplantaten wordt ook uitgevoerd in de cardiologie (kunstmatige hartkleppen, reconstructie van grote bloedvaten en capillaire netwerken); om het ademhalingssysteem (larynx, luchtpijp en bronchiën) te herstellen, dunne darm, lever, urinewegorganen, klieren interne secretie en neuronen. metalen in weefselmanipulatie worden gebruikt om de celgroei te controleren door blootstelling aan magnetische velden van verschillende richtingen. Op deze manier was het bijvoorbeeld mogelijk om niet alleen analogen van leverstructuren te creëren, maar ook complexe structuren zoals elementen van het netvlies. Ook bieden materialen die met behulp van deze methode zijn gemaakt (elektronenbundellithografie, EBL) matrixoppervlakken van nanogrootte voor de effectieve vorming van botimplantaten. De creatie van kunstmatige weefsels en organen zal de noodzaak van transplantatie van de meeste donororganen wegnemen en zal de levenskwaliteit en overleving van patiënten verbeteren.

Auteurs

• Naroditski Boris Savelievitsj
• Nesterenko Ljoedmila Nikolajevna

Bronnen

1. Nanotechnologieën in weefselmanipulatie // Nanometer. -www.nanometer.ru/2007/10/16/tkanevaa_inzheneria_4860.html
2. Stamcel // Wikipedia, de gratis encyclopedie.www.ru.wikipedia.org/wiki/Stem_cells (toegangsdatum: 10/12/2009).

Tissue engineering (TI), als discipline, begon zijn geschiedenis in de eerste helft van de 20e eeuw. De basis voor de oprichting ervan waren theoretische en praktische ontwikkelingen op het gebied van de creatie van ‘kunstmatige’ organen en weefsels en het werk op het gebied van celtransplantatie en biologische processen. Actieve ingrediënten op dragers om schade in verschillende weefsels van het lichaam te herstellen (Langer R., Vacanti J.P., 1993).

Momenteel is weefselmanipulatie een van de jongste takken van de geneeskunde, gebaseerd op de principes van moleculaire biologie en genetische manipulatie. De interdisciplinaire aanpak die daarin wordt gehanteerd, is primair gericht op het creëren van nieuwe biocomposietmaterialen om de verloren functies van individuele weefsels of organen als geheel te herstellen (Spector M., 1999). De basisprincipes van deze aanpak zijn de ontwikkeling en toepassing van dragers gemaakt van biologisch afbreekbare materialen, die in combinatie met donorcellen en/of bioactieve stoffen worden gebruikt bij implantatie in een beschadigd orgaan of weefsel. Bijvoorbeeld bij de behandeling wond proces- dit kunnen collageencoatings zijn met allofibroblasten, en in vaatchirurgie- kunstmatige bloedvaten met anticoagulantia (Vacanti S.A. et.al., 1993). Daarnaast is een van de serieuze eisen aan dergelijke dragermaterialen dat ze een betrouwbare ondersteuning, dat wil zeggen steun en/of structuurvormende functie moeten bieden in het beschadigde gebied van het weefsel of orgaan.

Bijgevolg is een van de belangrijkste taken van tissue engineering bij de behandeling van botpathologieën het creëren van kunstmatige biocomposieten bestaande uit allo- en/of xenomaterialen in combinatie met bioactieve moleculen (botmorfogenetische eiwitten, groeifactoren, enz.) osteogenese. Bovendien moeten dergelijke biomaterialen een aantal noodzakelijke boteigenschappen hebben (Yannas I.V. et.al., 1984; Reddi A.H.et.al., 1987; Reddi A.H., 1998).

Ten eerste moeten ze de omvang van het defect in kaart brengen.

Ten tweede moet het osteoïdductief zijn, dat wil zeggen osteoblasten en mogelijk andere mesenchymale cellen actief aanzetten tot botvorming.

En ten derde om goede indicatoren te hebben voor bio-integratie en biocompatibiliteit, dat wil zeggen afbreekbaar zijn en geen ontstekings- en immuunreacties veroorzaken bij de ontvanger. Laatste kwaliteit meestal alleen bereikt in een biomateriaal door de antigene eigenschappen ervan te verminderen.

De combinatie van al deze eigenschappen maakt het mogelijk dat dergelijke biomaterialen, parallel met de ondersteunende, mechanische functie, zorgen voor bio-integratie: de ingroei van cellen en bloedvaten in de implantaatstructuur met de daaropvolgende vorming van botweefsel.

Het is bekend dat het ondersteunende effect van elk biomateriaal in de regel wordt verzekerd door zijn structurele kenmerken. Voor biomaterialen houdt deze indicator gewoonlijk verband met de architectuur van het oorspronkelijke weefsel waaruit het is verkregen. Voor bot zijn de belangrijkste parameters van de structurele sterkte de hard-elastische eigenschappen van de botmatrix en de grootte van de poriën daarin (Marra P.G. 1998; Thomson R.C. et.al., 1998).

De meest voorkomende biomaterialen met een duidelijk gedefinieerde ondersteunende functie zijn onder meer kunstmatig en natuurlijk hydroxyapatiet (HA), biokeramiek, polyglycolzuur en collageeneiwitten (Friess W., 1998).

Momenteel worden veel verschillende vormen van hydroxyapatiet, verschillend in vorm en deeltjesgrootte, gebruikt om botdefecten te vervangen in de tandheelkundige chirurgie, orthopedie en traumatologie. Er wordt aangenomen dat kunstmatig verkregen hydroxyapatiet qua chemische samenstelling en kristallografische kenmerken vrijwel identiek is aan natuurlijk bothydroxyapatiet (Parsons J., 1988). Veel auteurs hebben zowel experimenteel als klinisch aangetoond dat het gebruik van hydroxyapatiet dit heeft aanzienlijke voordelen vóór andere implantatiematerialen. Ja, tegen hem positieve kenmerken omvatten indicatoren als sterilisatiegemak, lange houdbaarheid, hoge mate van biocompatibiliteit en extreem langzame resorptie in het lichaam (Volozhin A.I. et al., 1993). Hydroxyapatiet is een bio-inert materiaal dat zeer compatibel is met bot (Jarcho M. et.al., 1977), zoals blijkt uit experimentele onderzoeken. Tijdens het proces van het vervangen van een botdefect in aanwezigheid van HA, onder invloed van biologische vloeistoffen en weefselenzymen, kan hydroxyapatiet gedeeltelijk of volledig worden geresorbeerd (Klein A.A., 1983). Het positieve effect van hydroxyapatiet na implantatie in de botholte wordt blijkbaar niet alleen verklaard door de osteogeleidende eigenschappen van het materiaal, maar ook door het vermogen ervan om eiwitten op het oppervlak te sorberen die osteogenese induceren (Ripamonti U., Reddi A.H., 1992).

Momenteel wordt het grootste deel van de biomaterialen voor het herstel van botdefecten verkregen uit kraakbeen en/of botweefsel van mensen of verschillende dieren. Voor de vervaardiging van composietmaterialen worden vaak componenten van andere typen gebruikt. bindweefsel- huid, pezen, hersenvliezen, enz. (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).

Het bekendste moderne biomateriaal is collageen. Het wijdverbreide gebruik ervan in de praktische geneeskunde houdt verband met de ontwikkeling van reconstructieve chirurgie en de zoektocht naar nieuwe materialen die frame- en plastische functies vervullen bij weefselregeneratie. De belangrijkste voordelen van collageen als plastic biomateriaal zijn de lage toxiciteit en antigeniciteit, de hoge mechanische sterkte en de weerstand tegen weefselprothesen (Istranov L.P., 1976). De bronnen van collageen bij de vervaardiging van producten voor plastische chirurgie zijn weefsels die rijk zijn aan dit eiwit: huid, pezen, hartzakje en botten. Wijdverbreid in medische praktijk ontving een oplossing van dermaal collageen vervaardigd door Collagen Corp. (Palo-Alto USA), onder de namen "Zyderm" en "Zyplast". Op basis van dit collageen zijn verschillende producten ontwikkeld. medische doeleinden zoals implantaten, wondbedekkingen, chirurgische draden voor het hechten van wondoppervlakken, enz.

In de jaren zeventig van de vorige eeuw werden voor het eerst gegevens verkregen over het effect van collageentransplantaten op het herstel van botweefsel. Er werd gevonden dat collageenimplantaten de proliferatie van fibroblasten en de vascularisatie van nabijgelegen weefsels bevorderen en blijkbaar de vorming van nieuw botweefsel induceren met de daaropvolgende herstructurering ervan (Reddi A.H., 1985). Als snel biologisch afbreekbaar materiaal werd collageen ook in de vorm van een gel gebruikt voor het herstel van botdefecten (De Basso A.M., 1976). De door deze auteur verkregen resultaten suggereerden ook dat preparaten op basis van collageen in staat zijn de regeneratie van botweefsel te stimuleren.

Tegelijkertijd werd, om botweefseldefecten te vervangen, onderzoek gedaan naar het gebruik van biocomposietmaterialen die zowel collageen als hydroxyapatiet bevatten. Ja voor maxillofaciale chirurgie en chirurgische tandheelkunde werden de samenstellingen "Alveloform" en "Bigraft" ontwikkeld, die gezuiverd fibrillair huidcollageen en HA-deeltjes bevatten (Collagen Corp., Palo Alto, VS). Deze biomaterialen werden gebruikt om de alveolaire rand te herstellen tijdens de chirurgische behandeling van patiënten met parodontitis (Krekel G. 1981, Lemons M.M. 1984, Miller E. 1992). Histologische en ultrastructurele studies hebben aangetoond dat de samenstelling - collageen en HA een positief effect heeft op de regeneratie van het kambeen, maar tegelijkertijd vervullen dit soort biomaterialen voornamelijk frame- en geleiderfuncties, dat wil zeggen dat ze hun osteoconductieve eigenschappen vertonen. (Mehlisch DR, 1989). Later kwamen veel andere onderzoekers tot soortgelijke conclusies, en momenteel wordt dit standpunt door de meeste wetenschappers gedeeld (Glimcher M.J., 1987; Friess W., 1992; VaccantiC.A. et.al., 1993).

Volgens een andere groep onderzoekers hebben biocomposietmaterialen die dermaal collageen "Ziderm" en synthetisch hydroxyapatiet bevatten echter bepaalde osgenetische eigenschappen. Zo hebben Katthagen et al. (1984), die het effect bestudeerden van het Kollapat-materiaal dat dermaal collageen type 1 en sterk verspreide hydroxyapatietdeeltjes bevat op het herstel van botdefecten van het dijbeen bij konijnen, ontdekten dat de regeneratie van botweefsel bij proefdieren vijf keer sneller was dan bij de controledieren. Deze experimentele resultaten vormden de basis voor het verdere gebruik van het Kollapat-materiaal in de klinische praktijk.

Het is algemeen bekend dat het meest geschikt voor transplantatie en daaropvolgende bio-integratie ongetwijfeld autotransplantaten zijn, die worden bereid uit de eigen weefsels van de patiënt en dit elimineert volledig de belangrijkste immunologische en meest infectieuze complicaties tijdens daaropvolgende transplantatie (Enneken W.F. et.al., 1980; Summers B.N., Eisenstein S.M., 1989; Reddi A.H., 1985; Goldberg V.M. et.al., 1991). Dergelijke materialen moeten echter onmiddellijk vóór de transplantatie worden voorbereid, anders moet de kliniek over een botbank beschikken om dergelijk biomateriaal op te slaan, wat in werkelijkheid alleen beschikbaar is voor zeer grote patiënten. medische instellingen vanwege de hoge kosten voor het voorbereiden en opslaan van deze materialen. Bovendien zijn de mogelijkheden om aanzienlijke hoeveelheden autoloog materiaal te verkrijgen zeer beperkt en wanneer dit wordt verzameld, ondergaat de donor in de regel ernstige chirurgische ingrepen. Dit alles beperkt het wijdverbreide gebruik van autotransplantaten aanzienlijk (Bos G.D. et.al., 1983; Horowitz M.C. 1991). Op het gebied van de behandeling van botpathologieën staat de weefselmanipulatie dus voor een echte uitdaging bij het creëren van biocomposietmaterialen, waarvan het gebruik een oplossing zal bieden voor veel problemen, zowel bij celtransplantatie als bij het stimuleren van botvorming op plaatsen met schade, en bij het verminderen van botvorming. arbeids- en financiële kosten bij het elimineren van botschade bij patiënten van verschillende profielen.

Momenteel zijn er, dankzij de inspanningen van een aantal onderzoekers die werkzaam zijn op het gebied van weefselmanipulatie, biocomposietmaterialen ontwikkeld en geïntroduceerd, waaronder zowel natuurlijke beenmergcellen als stromale osteogene voorlopercellen gekweekt in monolaagbeenmergculturen (Gupta D., 1982). ; Bolder S., 1998). Deze auteurs ontdekten dat het voor succesvolle inductie van osteogenese op de transplantatieplaats noodzakelijk is om een ​​hoge initiële dichtheid van stromale voorlopers te creëren - ongeveer 108 cellen. Tegelijkertijd gaf de eenvoudige introductie van een suspensie van dergelijke cellen niet goede resultaten. In dit opzicht deed zich een ernstig probleem voor bij het vinden van dragers voor celtransplantatie in het lichaam van de ontvanger.

Voor het eerst als zodanig drager, Gupta D. et. al. (1982) stelden voor xenobot te gebruiken dat eerder was ontvet en ontkalkt. Verder werd gevonden dat, afhankelijk van de mate van zuivering van xenobot, het percentage hechting van cellulaire elementen aan de drager toeneemt, en dat de cellen veel beter binden aan het organische deel ervan dan aan natuurlijk bothydroxyapatiet (Hofman S., 1999).

Van de synthetische materialen wordt keramiek momenteel op grote schaal gebruikt als drager voor celtransplantatie (Burder S. 1998), een kunstmatig hydroxyapatiet dat wordt verkregen door tricalciumfosfaat bij hoge temperaturen te behandelen.

Huiskaakchirurgen gebruikten vast weefsel als geschikte drager voor de transplantatie van allogene fibroblasten. hersenvliezen en merkte op dat het gebruik van dit transplantaat met allofibroblasten bij de behandeling van matige en ernstige chronische gegeneraliseerde parodontitis een aantal voordelen heeft ten opzichte van andere behandelmethoden (Dmitrieva L.A., 2001).

Eerder werd in een reeks werken over de constructie van ‘kunstmatige huid’ ontdekt dat het succes van het herstel van dit weefsel na beschadiging afhangt van de toestand van de cellulaire micro-omgeving in het beschadigde gebied. Aan de andere kant wordt de micro-omgeving zelf gecreëerd door een optimale combinatie van de belangrijkste componenten van de intercellulaire matrix, zoals collagenen, glycoproteïnen en proteoglycanen (Yannas I. et.al., 1980, 1984; Pruitt B., Levine N. , 1984; Madden M. et al., 1994).

Collageen is een typisch fibrillair eiwit. Het individuele molecuul, tropocollageen, bestaat uit drie spiraalvormige polypeptideketens, a-ketens genoemd, die in elkaar zijn gedraaid tot één gemeenschappelijke helix en worden gestabiliseerd door waterstofbruggen. Elke a-keten bevat gemiddeld ongeveer 1000 aminozuurresiduen. Er zijn twee hoofdcombinaties van ketens in botweefsel: twee λ1 en één λ2 of type 1 collageen en drie λ-1 of type III collageen. Naast de genoemde typen werden andere collageenisovormen in kleine hoeveelheden in het bot aangetroffen (Serov V.P., Shekhter A.B., 1981).

Proteoglycanen zijn complexe verbindingen van polysachariden en eiwitten. De polysachariden waaruit proteoglycanen bestaan, zijn lineaire polymeren opgebouwd uit verschillende disacharide-subeenheden gevormd door uronzuren (glucuronzuur, galacturonzuur en iduronzuur), N-acetylhexosaminen (IM-acetylglucosamine, N-acetyl-galactosamine) en neutrale sachariden (galactose, mannose en xylose). . Deze polysacharideketens worden glycosaminoglycanen genoemd. Ten minste één van de suikers in de disaccharide heeft een negatief geladen carboxyl- of sulfaatgroep (Stacy M, Barker S, 1965). Rijp botweefsel bevat voornamelijk gesulfateerde glycosaminoglycanen (sGAG's), zoals chondroïtine-4- en chondroïtine-6-sulfaten, dermatansulfaat en keratansulfaat. De biosynthese van proteoglycanen in botweefsel wordt voornamelijk uitgevoerd door geactiveerde osteoblasten en, in kleine mate, door volwassen osteocyten (Juliano R., Haskell S., 1993; Wendel M., Sommarin Y., 1998).

De functionele betekenis van gesulfateerde glycosaminoglycanen in bindweefsel (CT) is groot en wordt voornamelijk geassocieerd met de vorming van collageen- en elastinevezels. Gesulfateerde glycosaminoglycanen zijn betrokken bij bijna alle metabolische processen van bindweefsel en kunnen een modulerend effect hebben op de differentiatie van de cellulaire elementen ervan (Panasyuk A.F. et al., 2000). Veel indicatoren voor CT-regeneratie zijn afhankelijk van hun kwalitatieve en kwantitatieve kenmerken in weefsels, evenals van de specifieke kenmerken van interactie met andere componenten van de intercellulaire matrix.

Regeneratie en herstel van botweefsel is een complex van opeenvolgende processen, waaronder zowel de activering van osteogene cellen (rekrutering, proliferatie en differentiatie) als de directe vorming van een gespecialiseerde matrix - de mineralisatie ervan en de daaropvolgende hermodellering van botweefsel. Bovendien staan ​​deze cellen altijd onder controle en invloed van een aantal biologische en mechanische factoren.

Volgens moderne concepten is tissue engineering (TI) van botweefsel gebaseerd op drie basisprincipes die zorgen voor een succesvolle vervanging van dit weefsel.

Ten eerste is het belangrijkste principe bij het creëren van biomaterialen en structuren voor implantatie het reproduceren van de basiskenmerken van de natuurlijke botmatrix, omdat het de unieke structuur van botweefsel is die het meest uitgesproken effect heeft op regeneratieprocessen. Het is bekend dat deze kenmerken van de matrix afhangen van de driedimensionale structuur ervan chemische samenstelling, evenals op de mechanische eigenschappen en het vermogen om de cellulaire vormen van bindweefsel (CT) te beïnvloeden.

De architectuur van de matrix omvat parameters als de oppervlakte-volumeverhouding, de aanwezigheid van een poriënsysteem en, belangrijker nog, de functionele en mechanische eigenschappen ervan. Door deze eigenschappen lijkt de matrix in staat te zijn vasculaire ingroei te reguleren, chemotactische stimuli aan endogene cellen te geven, celhechting te moduleren en deling, differentiatie en daaropvolgende mineralisatie te stimuleren. Er wordt aangenomen dat de driedimensionale structuur van de matrix niet alleen de inductieprocessen kan beïnvloeden, maar ook de regeneratiesnelheid zelf.

Daarom moet een biomateriaal of structuur die is geconstrueerd met behulp van weefselmanipulatie eigenschappen hebben die, onder in vivo omstandigheden, zowel geleidende als inductieve eigenschappen van de natuurlijke matrix kunnen bieden. De eerste omvatten indicatoren als het vermogen om volume te vullen en te behouden, mechanische integratie en het garanderen van permeabiliteit voor cellen en bloedvaten. De tweede hebben een direct of indirect effect op cellulaire vormen, waardoor ze worden gestimuleerd kraakbeen- en/of botweefsel te vormen.

Het volgende belangrijke principe voor het succes van gerichte botweefselmanipulatie is het gebruik van exogene en/of activering van endogene cellen die direct betrokken zijn bij de creatieprocessen van dit weefsel. In dit geval kan de bron van dergelijke cellen het eigen lichaam of het lichaam van een donor zijn. Het gebruik van specifieke celtypen, van pluripotente beenmergstromacellen tot toegewijde osteoblastachtige cellen, is bijvoorbeeld met succes toegepast, zowel in dierproeven als in de kliniek.

In de regel kunnen stromale voorlopercellen bij hertransplantatie in het lichaam differentiëren tot volwassen vormen, een matrix synthetiseren en een cascade van endogene botweefselherstelreacties veroorzaken. Tegelijkertijd omvat een alternatieve kijk op het gebruik van samengestelde biomaterialen hun directe impact op endogene bot- en andere bindweefselcellen, hun rekrutering (aantrekking) naar de implantatiezone, stimulatie van hun proliferatie en toename van hun biosynthetische activiteit, waardoor deze cellen om actief botweefsel te vormen. Bovendien kunnen dergelijke materialen goede celdragers zijn waarop vóór transplantatie stamcellen kunnen worden gekweekt. De laatste sleutel tot het succes van botweefselmanipulatie is het gebruik van bioactieve moleculen, waaronder groeifactoren, cytokines, hormonen en andere bioactieve stoffen.

Om botvorming te veroorzaken, het meest bekende factoren zijn botmorfogenetische eiwitten, transformerende groeifactor - TGF-β, insuline-achtige groeifactor IGF en vasculaire endotheliale groeifactor VEGF. Daarom kan het biocomposietmateriaal verzadigd zijn en/of deze bioactieve moleculen in zijn structuur bevatten, wat het gebruik ervan voor implantatie in een depot voor dergelijke stoffen. Het geleidelijk vrijkomen van deze factoren kan de processen actief beïnvloeden bot herstel. Naast deze stoffen kunnen composietmaterialen micro- en macro-elementen bevatten, evenals andere moleculen (suikers, peptiden, lipiden, enz.) die de verhoogde fysiologische activiteit van cellen bij het herstellen van botweefsel kunnen stimuleren en behouden.

Momenteel zijn er een groot aantal verschillende bioplastic materialen die osteogeleidende en/of osteo-inductieve eigenschappen hebben. Materialen die vrijwel zuiver hydroxyapatiet (HA) bevatten, zoals Osteogaf, Bio-Oss, Osteomin, Ostim, vertonen dus voornamelijk geleidende eigenschappen, hoewel ze in staat zijn een zwak osteo-inductief effect uit te oefenen. Een andere groep materialen bestaat uit geheel of gedeeltelijk gedemineraliseerd botweefsel, evenals combinaties van deze materialen met biologisch actieve stoffen, zoals botmorfogenetische eiwitten en/of groeifactoren [Panasyuk A.F. et al, 2004].

De belangrijkste vereisten voor bioplastic materialen blijven parameters als hun antigene en inductieve eigenschappen. Bovendien, voor verschillende soorten operaties vereisen vaak materialen die, samen met de bovengenoemde indicatoren, goede plastische of sterkte-eigenschappen hebben om de noodzakelijke vormen en configuraties te creëren en te behouden bij het vullen van gaatjes en weefseldefecten.

Rekening houdend met al het bovenstaande heeft het bedrijf "Conectbiopharm" LLC een technologie ontwikkeld voor de productie van botcollageen en botgesulfateerde glycosaminoglycanen (sGAG) en op basis daarvan zijn biocomposiet osteoplastische materialen uit de series "Biomatrix" en "Osteomatrix" vervaardigd . Het belangrijkste verschil tussen deze groepen biomaterialen is dat “Biomatrix” botcollageen en botgesulfateerde glycosaminoglycanen bevat, en “Osteomatrix”, dat dezelfde twee hoofdcomponenten van botweefsel heeft, ook hydroxyapatiet in zijn natuurlijke vorm bevat [Panasyuk A.F. et al, 2004]. De bron van deze biomaterialen zijn sponsachtige en corticale botten van verschillende dieren, maar ook van mensen. Het met deze technologie verkregen botcollageen bevat geen andere eiwitten en is onder in vitro omstandigheden vrijwel onoplosbaar in voldoende geconcentreerde oplossingen van alkaliën en organische zuren.

Deze eigenschap zorgt ervoor dat biomaterialen niet alleen inert zijn in relatie tot immuunsysteem lichaam, maar ook lange tijd na hun implantatie bestand zijn tegen biologische afbraak. Momenteel wordt de methode voor het stimuleren van cellen met bloedplaatjesrijk plasma (PRP) actief gebruikt om de groei van botten en zachte weefsels te versnellen. Deze nieuwe biotechnologie van gerichte weefselmanipulatie en celtherapie is volgens sommige auteurs een echte doorbraak in de chirurgische praktijk. Om dergelijk plasma te verkrijgen is echter bepaalde technische apparatuur nodig, en in sommige gevallen speciaal opgeleide medewerkers. Het gebruik van het Biomatrix-materiaal voor deze doeleinden lost het echte probleem volledig op tegen minimale kosten, omdat het niet nodig is bloedplaatjes uit het bloed van de patiënt te isoleren. In een reeks experimenten hebben we vastgesteld dat het Biomatrix-materiaal specifiek daartoe in staat is grote hoeveelheden binden perifere bloedplaatjes (Tabel 1).

Tabel 1. Binding van bloedplaatjes door botcollageen.

* - 6 ml bloed werd geïncubeerd met 1 gram botcollageen (1 gram droog botcollageen neemt een volume in van 2 tot 7 cm³, afhankelijk van de porositeit ervan). De gegevens in de tabel worden weergegeven als het gehalte aan bloedplaatjes in 1 ml bloed nadat het door 1 cm³ botcollageen is geleid.

Zo kan 1 cm³ Biomatrix-biomateriaal bijna alle bloedplaatjes (meer dan 90%) uit 1 ml bloed binden, dat wil zeggen van 226 tot 304 miljoen bloedplaatjes. In dit geval vindt de binding van bloedplaatjes door botcollageen snel plaats en is deze binnen enkele minuten voltooid (grafiek 1).

Grafiek 1. Snelheid van binding van bloedplaatjes aan botcollageen.

Ook werd vastgesteld dat als het Biomatrix-biomateriaal werd gebruikt zonder dat het met anticoagulantia werd bedekt, de vorming van een stolsel vrijwel onmiddellijk optrad. Het is nu bewezen dat de werkconcentratie voor bloedplaatjesrijk plasma begint met 1 miljoen bloedplaatjes per μl. Om bloedplaatjesrijk plasma te verkrijgen, moeten bloedplaatjes daarom gemiddeld vijf keer worden geconcentreerd, maar een dergelijke isolatie vereist zowel aanzienlijke financiële kosten als zeker professionele ervaring. Om bloedplaatjes te activeren en 7 groeifactoren vrij te maken: 3 typen PDGF-aa, -bb, -ab, twee transformerende groeifactoren - TGF-β1 en β2, vasculaire endotheliale groeifactor VEGF en epitheliale groeifactor EGF - rijk aan plasma moet vóór gebruik gestold met bloedplaatjes. Vergeleken met bekende methoden kan het biomateriaal "Biomatrix" de concentratie van bloedplaatjes aanzienlijk verhogen. Tegelijkertijd is collageen juist het eiwit dat de Hageman-factor (XII-bloedstollingsfactor) en het complementsysteem kan activeren.

Het is bekend dat geactiveerde Hageman-factor een cascade van reacties in het bloedstollingssysteem veroorzaakt en leidt tot de vorming van een fibrinestolsel. Deze factor of fragmenten ervan kunnen ook het kallikreïne-kininesysteem van het bloed initiëren. Botcollageen in de samenstelling van de Biomatrix- en Osteomatrix-materialen is dus in staat de belangrijkste bloedplasma-proteolysesystemen te activeren, die verantwoordelijk zijn voor het handhaven van het hemodynamische evenwicht en het verzekeren van de regeneratieve reacties van het lichaam. In tegenstelling tot bloedplaatjesrijk plasma, dat zelf geen osteo-inductief effect heeft, dat wil zeggen geen botvorming kan initiëren zonder de aanwezigheid van botcellen, hebben de Biomatrix- en Osteomatrix-materialen een dergelijk potentieel.

Zo wordt met intramusculaire implantatie van biomaterialen "Biomatrix" en vooral "Osteomatrix" ectopisch botweefsel gevormd, wat direct de osteo-inductieve activiteit van deze materialen bewijst [Ivanov S.Yu. et al., 2000]. Het gecombineerde gebruik van bloedplaatjesrijk plasma met recombinant botmorfogenetisch eiwit, dat bindweefselcellen kan stimuleren om botweefsel te vormen, lost het probleem op. dit probleem, maar dit leidt tot een aanzienlijke stijging van de kosten van de techniek. Er moet ook worden opgemerkt dat de materialen van de "Osteomatrix"-serie natuurlijk bothydroxyapatiet bevatten, dat in staat is tot het accumuleren van affiniteit op het oppervlak van door osteoblasten gesynthetiseerde botmorfogenetische eiwitten, en zo bovendien osteogenese te stimuleren ("geïnduceerde osteo-inductie").

Tegelijkertijd wordt het bezwaar tegen de mogelijkheid van tumorontwikkeling als gevolg van het gebruik van recombinante eiwitten volledig weggenomen omdat in het geval van soortgelijke toepassing materialen "Biomatrix" en "Osteomatrix" In de implantatiezone zijn alleen natuurlijke eiwitten aanwezig natuurlijke oorsprong. Materialen uit de series "Biomatrix" en "Osteomatrix" hebben ook nog een andere unieke kwaliteit: ze zijn in staat gesulfateerde glycosaminoglycanen met affiniteit te binden [Panasyuk A.F., Savashchuk D.A., 2007]. Deze binding vindt, onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met bloedplaatjesbinding, in korte tijd plaats en de hoeveelheid gebonden gesulfateerde glycosaminoglycanen overschrijdt aanzienlijk de fysiologische parameters (Tabel 2).

Tabel 2. Binding van gesulfateerde glycosaminoglycanen door botcollageen.

Het is nu algemeen bekend dat, wanneer ze afzonderlijk worden gebruikt, zowel collageen als hydroxyapatiet voornamelijk osteoconductieve eigenschappen hebben, dat wil zeggen dat ze alleen de rol kunnen spelen van een “faciliterend” materiaal voor de aanmaak van nieuw bot. Deze moleculen kunnen echter ook een zwak osteo-inductief effect hebben op osteoblastische cellen vanwege enkele van hun biologische eigenschappen.

Dit osteo-inductieve effect wordt versterkt door het gecombineerde gebruik van deze twee soorten moleculen. Aan de andere kant, als naast collageen en hydroxyapatiet ook gesulfateerde glycosaminoglycanen aanwezig zijn in biomaterialen, dan zal een dergelijk complex qua structuur dichter bij de natuurlijke botmatrix liggen en daarom in grotere mate zijn functionele kenmerken hebben. volledig. Het is dus bekend dat gesulfateerde glycosaminoglycanen veel indicatoren van het bindweefselmetabolisme beïnvloeden.

Ze zijn in staat de activiteit van proteolytische enzymen te verminderen, het synergetische effect van deze enzymen en zuurstofradicalen op de intercellulaire matrix te onderdrukken, de synthese van ontstekingsmediatoren te blokkeren door antigene determinanten te maskeren en chemotaxis te annuleren, celapoptose te voorkomen die wordt geïnduceerd door schadelijke factoren, en ook zoals de lipidensynthese verminderen en daardoor afbraakprocessen voorkomen. Bovendien zijn deze verbindingen direct betrokken bij de constructie van de collageenvezels zelf en de intercellulaire matrix als geheel.

In de vroege stadia van bindweefselbeschadiging fungeren ze als initiatiefnemers van de creatie van een tijdelijke matrix en maken ze het mogelijk om de desintegratie van bindweefsel en de vorming van een ruw litteken te stoppen, en vervolgens te zorgen voor een snellere vervanging ervan door bindweefsel dat gebruikelijk is voor een bepaald orgel [Panasyuk A.F. et al, 2000]. Helaas is de rol van gesulfateerde glycosaminoglycanen bij de regulatie van osteogenese niet voldoende onderzocht. Er is echter aangetoond dat de belangrijkste kandidaat voor de rol van inductor van ectopische osteogenese in het modelsysteem proteoglycaan is, uitgescheiden door blaasepitheelcellen [Fridenshtein A. .Ya., Lalykina K.S., 1972] .

Andere auteurs delen een soortgelijke mening, in de overtuiging dat proteoglycanen een van de factoren zijn van de stromale micro-omgeving die de hematopoëse en andere histogenese van mesenchymale derivaten reguleert. Bovendien is aangetoond dat chondroïtinesulfaten onder in vitro en in vivo omstandigheden een uitgesproken effect hebben op de botmineralisatie. Zo hebben we ontdekt dat wanneer het Osteomatrix-materiaal wordt blootgesteld aan een cultuur van menselijke chondrocyten, hun chondrogene eigenschappen worden geïnduceerd. . Onder invloed van het materiaal vormden menselijke chondrocyten histotypische structuren in kweek, waarbij fosfaatafzetting en mineralisatie van de botmatrix plaatsvonden tijdens de ossificatie ervan.

Verder werd gevonden dat na implantatie van de biomaterialen “Biomatrix”, “Allomatrix-implantaat” en “Osteomatrix” in konijnen, ectopisch bot wordt gevormd en vervolgens wordt gevuld met beenmerg. Bovendien werden deze materialen met succes gebruikt als dragers voor transplantatie van stromale voorloperstamcellen [Ivanov S.Yu. et al., 2000]. Tot op heden hebben deze materialen erkenning gekregen in zowel de tandheelkundige als de orthopedische praktijk [Ivanov S.Yu. et al., 2000, Lekishvili M.V. et al., 2002, Grudyanov A.I. et al., 2003, Asnina S.A. et al., 2004, Vasiliev M.G. et al., 2006]. Ze zijn met hoge efficiëntie gebruikt bij gevallen van osteogenesis imperfecta, handrestauratie, chirurgische behandeling van parodontitis en eliminatie van kaakbotdefecten. Deze biomaterialen zijn, dankzij de ontwikkelde technologie voor hun productie, tot nu toe de enige materialen ter wereld die de collageen- en minerale structuur van natuurlijk bot vrijwel volledig behouden, maar tegelijkertijd zijn deze materialen volledig verstoken van antigeniciteit.

Het grote voordeel van deze biomaterialen is dat ze botgesulfateerde glycosaminoglycanen bevatten, affiniteit gebonden aan collageen en hydroxyapatiet, wat hen aanzienlijk onderscheidt van analogen die in de wereld verkrijgbaar zijn en hun osteogene potentie aanzienlijk verbetert. De gepresenteerde experimentele en klinische gegevens bewijzen dus echt dat, gebaseerd op moderne principes van weefselmanipulatie, binnenlandse biocomposietmaterialen op basis van botcollageen, gesulfateerde glycosaminoglycanen en hydroxyapatiet zijn ontwikkeld en in de klinische praktijk geïntroduceerd. Deze moderne, effectieve en veilige biomaterialen van de nieuwe generatie bieden brede perspectieven voor het oplossen van veel problemen bij het herstel van botweefsel in de traumatologie en orthopedie, maar ook in veel andere gebieden van de chirurgische praktijk.

Het elektronogram (Fig. 1) laat zien dat botcollageenpreparaten een netwerk zijn van geordende bundels en vezels. Tegelijkertijd worden de vezels zelf stevig verpakt in bundels van de tweede orde, zonder breuken of defecten. Qua uiterlijk heeft het materiaal een klassieke poreus-cellulaire structuur, die volledig overeenkomt met de architectonische kenmerken van de inheemse bevolking sponsachtig bot en is vrij van vaten, eiwitten, mechanische en andere insluitsels. De poriegrootte varieert van 220 tot 700 micron.

We hebben de biocompatibiliteit van botcollageen beoordeeld met behulp van standaardtests toen het onder de huid van Wistar-ratten werd geïmplanteerd. Met behulp van histomorfologische analyse en scanning-elektronenmicroscopie werd ontdekt dat botcollageen, na anderhalve maand verblijf in het lichaam van de ontvanger, vrijwel niet wordt vernietigd en zijn structuur behoudt.

Afb. 1. Afb. 2.

Zoals te zien is in figuur 2 zijn de poriën, trabeculae en cellen van het geïmplanteerde botcollageen gedeeltelijk gevuld met losse vezelige CT, waarvan de vezels zwak aan het implantaat zijn versmolten. Het is duidelijk zichtbaar dat er een lichte vezelachtige laag omheen wordt gevormd, en in het implantaat zelf wordt de aanwezigheid van een klein aantal cellulaire elementen opgemerkt, waarvan de belangrijkste fibroblasten zijn. Kenmerkend is dat het implantaat niet over vrijwel de gehele lengte is versmolten met het omringende huidweefsel. Deze resultaten duiden duidelijk op de hoge weerstand van dit materiaal tegen biologische afbraak en de volledige bio-inertheid van het omliggende bindweefsel in relatie daarmee.

We hebben onderzoeken uitgevoerd naar het effect van biomaterialen “Biomatrix”, “Allomatrix-implantaat” en “Osteomatrix” op osteoreparatie op een model van segmentale osteotomie met behulp van algemeen aanvaarde methoden (Katthagen B.D., Mittelmeeir H., 1984; Schwarz N. et.al. , 1991). Bij het experiment werden Chinchilla-konijnen met een gewicht van 1,5-2,0 kg gebruikt, die onder intraveneuze anesthesie een segmentale osteotomie van de straal ondergingen.

Twee maanden na de operatie werd de vorming van nieuw botweefsel in het implantatiegebied opgemerkt. In afb. 3 is het resultaat van een histomorfologisch onderzoek van het Allomatrix-implantaatmateriaal na 2 maanden. na operatie. In de proximale zone van het defect is goed ontwikkeld jong botweefsel zichtbaar. Osteoblasten grenzen in grote aantallen aan botbalken.

In de interstitiële substantie worden in de lacunes ostocyten aangetroffen en in de nieuwe botsubstantie worden dicht opeengepakte collageenvezels gevormd. De interstitiële substantie met actieve cellen is goed ontwikkeld. Het implantaatgebied (boven en links) wordt actief herbouwd.

Over het algemeen is er sprake van een versnelde rijping van botweefsel rond het implantaatgebied.

Bovendien bleek dat de poreuze cellulaire structuur van botcollageen niet alleen zorgt voor het behoud van het volume in het defect vanwege de elastische eigenschappen, maar ook voor de optimale mogelijkheid voor de ingroei van bindweefselcellen daarin, de ontwikkeling van bloed vaten en botvorming bij het vervangen van dit defect.

Stuur uw goede werk naar de kennisbank is eenvoudig. Gebruik onderstaand formulier

Studenten, promovendi en jonge wetenschappers die de kennisbasis gebruiken in hun studie en werk zullen je zeer dankbaar zijn.

geplaatst op http://www.allbest.ru/

geplaatst op http://www.allbest.ru/

Makeevskaja brede school I - III etappes nr. 72

over het onderwerp: Weefseltechnologie in de geneeskunde

Voltooid:

Shujaullah Kamil

Invoering

1.1 Primaire cellen

1.2 Stamcellen

3.2 3D-bioprinten

4. Weefselgroei

4.7 Beenmerg

5. Orgaanteelt

5.1 Blaas

5.2 Luchtpijp

5.4 Lever

5.5 Hart

5.6 Longen

Conclusie

Sollicitatie

Invoering

Een van de gebieden van de biotechnologie die zich bezighoudt met het creëren van biologische vervangers voor weefsels en organen is weefselmanipulatie (TI).

Weefselengineering is het creëren van nieuwe weefsels en organen voor de therapeutische reconstructie van een beschadigd orgaan door ondersteunende structuren, cellen, moleculaire en mechanische signalen af ​​te geven voor regeneratie naar het gewenste gebied.

Momenteel wordt tissue engineering in de klinische praktijk gebruikt voor de behandeling van degeneratieve ziektes en ontwikkelingsstoornissen; voor brandwonden en verwondingen, voor late hydro- en ureterohydronefrose, evenals voor tandheelkundige en cosmetische ingrepen.

Moderne ontwikkelingen op het gebied van de biogeneeskunde, en in het bijzonder de weefselmanipulatie; kan worden gebruikt om de effectiviteit van de behandeling te verbeteren bij het herstellen van verloren functioneel significante weefsels.

1. Cellen voor weefselmanipulatie

Meest belangrijk onderdeel succes is de aanwezigheid van het vereiste aantal functioneel actieve cellen die in staat zijn tot differentiatie, het juiste fenotype behouden en specifieke biologische functies uitvoeren. De bron van cellen kan lichaamsweefsel zijn interne organen. Het is mogelijk om geschikte cellen te gebruiken van een patiënt die reconstructieve therapie nodig heeft of van een naast familielid (autogene cellen). Er kunnen cellen van verschillende oorsprong worden gebruikt, inclusief primaire cellen en stamcellen.

1.1 Primaire cellen

Primaire cellen zijn volwassen cellen van een specifiek weefsel die rechtstreeks uit een donororganisme kunnen worden gehaald (ex vivo) operatief. Als primaire cellen worden afgenomen van een specifiek donororganisme, en het vervolgens nodig is om deze cellen daarin als ontvanger te implanteren, wordt de kans op afstoting van het geïmplanteerde weefsel geëlimineerd, aangezien de grootst mogelijke immunologische compatibiliteit van de primaire cellen en de ontvanger aanwezig is. Primaire cellen kunnen zich echter in de regel niet delen - hun potentieel voor voortplanting en groei is laag.

Bij het in vitro kweken van dergelijke cellen (door middel van weefselmanipulatie) is voor sommige celtypen dedifferentiatie, dat wil zeggen verlies van specifieke, individuele eigenschappen, mogelijk. Chondrocyten die buiten het lichaam worden gekweekt, produceren bijvoorbeeld vaak vezelig in plaats van transparant kraakbeen.

Omdat primaire cellen zich niet kunnen delen en hun specifieke eigenschappen kunnen verliezen, is er behoefte aan alternatieve celbronnen voor de ontwikkeling van celmanipulatietechnologieën. Stamcellen werden zo’n alternatief.

1.2 Stamcellen

Stamcellen zijn ongedifferentieerde cellen die het vermogen hebben om zich te delen, zichzelf te vernieuwen en te differentiëren tot verschillende soorten gespecialiseerde cellen onder invloed van specifieke biologische stimuli.

Stamcellen zijn onderverdeeld in ‘volwassen’ en ‘embryonale’

De bron van ‘volwassen’ stamcellen is navelstrengbloed dat na de geboorte van het kind wordt verzameld. Dit bloed is zeer rijk aan stamcellen. Door dit bloed uit de navelstreng van het kind te halen en in een cryobank (speciale opslag) te plaatsen, kunnen stamcellen later worden gebruikt om vrijwel elk weefsel en orgaan van dit individu te herstellen. Het is ook mogelijk om deze stamcellen te gebruiken voor de behandeling van andere patiënten, op voorwaarde dat ze antigeencompatibel zijn. Amerikaanse wetenschappers haalden stamcellen uit de menselijke placenta (daar is hun aantal tien keer groter dan in navelstrengbloed), die zich kunnen transformeren in huid-, bloed-, spier- en zenuwcellen.

De bron van een ander type stamcellen – foetale (embryonale) stamcellen – is abortief materiaal van 9 tot 12 weken zwangerschap. Deze bron wordt veruit het meest gebruikt. Maar afgezien van ethische en juridische spanningen kunnen foetale cellen soms afstoting van transplantaten veroorzaken. Bovendien bestaat er bij het gebruik van niet-getest abortief materiaal het risico dat de patiënt wordt geïnfecteerd. virale hepatitis, AIDS, cytomegalovirus, enz.

Om de organisatie te sturen en de groei en differentiatie van cellen te behouden tijdens de reconstructie van beschadigd weefsel, is een speciale celdrager vereist: een matrix, een driedimensionaal netwerk dat lijkt op een spons of puimsteen (aanvullende figuur 3). Om ze te maken, worden biologisch inerte synthetische materialen, materialen op basis van natuurlijke polymeren (chitosan, alginaat, collageen) en biocomposieten gebruikt. Botweefselequivalenten worden bijvoorbeeld verkregen door gerichte differentiatie van stamcellen uit beenmerg, navelstrengbloed of vetweefsel tot osteoblasten, die vervolgens worden aangebracht op verschillende materialen die hun deling ondersteunen (bijvoorbeeld donorbot, collageenmatrices, enz.). ).

2. Stadia van het creëren van kunstmatige organen

Tegenwoordig is een van de tissue engineering-strategieën als volgt:

1. Selectie en kweek van eigen of donorcelmateriaal.

Het celmateriaal kan worden weergegeven door cellen van het geregenereerde weefsel of door stamcellen.

In de eerste fase wordt eigen celmateriaal of donorcelmateriaal geselecteerd (biopsie), weefselspecifieke cellen geïsoleerd en gekweekt. De weefselmanipulatiestructuur of het transplantaat omvat, naast de celcultuur, een speciale drager (matrix)

2. Ontwikkeling van een speciale drager voor cellen (matrix) op basis van biocompatibele materialen

Matrices kunnen worden gemaakt van verschillende biocompatibele materialen. Voor het maken van entmatrices worden biologisch inerte synthetische materialen, materialen op basis van natuurlijke polymeren (chitosan, alginaat, collageen) en biocomposietmaterialen gebruikt. Botweefselequivalenten worden bijvoorbeeld verkregen door gerichte differentiatie van stamcellen uit beenmerg, navelstrengbloed of vetweefsel. De cellen van de resulterende cultuur worden op de matrix aangebracht. technische weefsel-orgaangroei

3. Toepassing van celcultuur op de matrix en celproliferatie in een bioreactor met speciale kweekomstandigheden

Waar de cultuur gedurende een bepaalde tijd wordt geïncubeerd. De eerste bioreactoren werden gemaakt om kunstmatig leverweefsel te produceren.

4. Directe introductie van het transplantaat in het gebied van het aangetaste orgaan of voorlopige plaatsing in een gebied dat goed van bloed wordt voorzien voor rijping en vorming van microcirculatie in het transplantaat (prefabricage)

Biomaterialen die worden gebruikt om matrices te verkrijgen, moeten biologisch inert zijn en, na transplantatie (overgebracht in het lichaam), zorgen voor lokalisatie van het cellulaire materiaal dat erop wordt aangebracht op een specifieke plaats. De meeste biomaterialen voor weefselmanipulatie worden gemakkelijk vernietigd (geresorbeerd) in het lichaam en vervangen door eigen weefsels. In dit geval mogen er geen tussenproducten worden gevormd die giftig zijn, de pH van het weefsel veranderen of de groei en differentiatie belemmeren. cel cultuur. Niet-resorbeerbare materialen worden vrijwel nooit gebruikt, omdat ze beperken de regeneratieve activiteit, veroorzaken overmatige vorming van bindweefsel, veroorzaken een reactie op een vreemd lichaam (inkapseling)

Equivalenten van levende huid die donor- of eigen huidcellen bevatten, worden momenteel veel gebruikt in de VS, Rusland en Italië. Deze ontwerpen kunnen de genezing van uitgebreide brandwondenoppervlakken verbeteren. De ontwikkeling van transplantaten wordt ook uitgevoerd in de cardiologie (kunstmatige hartkleppen, reconstructie van grote bloedvaten en capillaire netwerken); om de ademhalingsorganen (strottenhoofd, luchtpijp en bronchiën), dunne darm, lever, urinewegen, endocriene klieren en neuronen te herstellen. Metalen nanodeeltjes in weefselmanipulatie worden gebruikt om de celgroei te controleren door ze bloot te stellen aan magnetische velden van verschillende richtingen. Op deze manier was het bijvoorbeeld mogelijk om niet alleen analogen van leverstructuren te creëren, maar ook complexe structuren zoals elementen van het netvlies. Ook zorgen nanocomposietmaterialen die zijn gemaakt met behulp van de elektronenbundellithografie (EBL) -methode voor oppervlakteruwheid op nanoschaal van de matrices voor de effectieve vorming van botimplantaten. De creatie van kunstmatige weefsels en organen zal de noodzaak van transplantatie van de meeste donororganen wegnemen en zal de levenskwaliteit en overleving van patiënten verbeteren.

3. Basismethoden voor weefselmanipulatie

3.1 Nabootsen van natuurlijke organogenese

Organogenese is het proces van orgaanvorming tijdens de embryonale ontwikkeling

Organogenese gaat gepaard met differentiatie van cellen, weefsels, selectieve en ongelijkmatige groei van individuele organen en delen van het lichaam, gaat door in de larvale periode en eindigt in de juveniele periode

3.2 3D-bioprinten

Veelbelovende technologieën voor weefselmanipulatie hebben de mogelijkheid geopend om levende weefsels en organen in het laboratorium te creëren, maar de wetenschap staat nog steeds machteloos als het gaat om het creëren van complexe organen. Relatief recentelijk hebben wetenschappers onder leiding van Dr. Gunter Tovar van de Fraunhofer Society in Duitsland echter een enorme doorbraak bereikt op het gebied van weefselmanipulatie: ze ontwikkelden een technologie voor het maken van bloedvaten. Maar het leek erop dat het onmogelijk was om capillaire structuren kunstmatig te creëren, omdat ze flexibel, elastisch en klein van vorm moesten zijn en tegelijkertijd moesten interageren met natuurlijke weefsels. Vreemd genoeg kwamen ze te hulp productie technologieën-- rapid prototyping-methode (met andere woorden, 3D-printen). Dit betekent dat een complex 3D-model (in ons geval een bloedvat) met speciale ‘inkt’ op een 3D-inkjetprinter wordt geprint. De printer legt het materiaal in laagjes neer, en op bepaalde plekken worden de lagen chemisch gebonden. We merken echter op dat voor de kleinste haarvaten 3D-printers nog niet nauwkeurig genoeg zijn. In dit opzicht werd de multifotonpolymerisatiemethode toegepast die in de polymeerindustrie wordt gebruikt. De korte, intense laserpulsen die het materiaal behandelen, prikkelen de moleculen zo sterk dat ze met elkaar interageren en zich in lange ketens met elkaar verbinden. Op deze manier polymeriseert het materiaal en wordt het hard maar elastisch, net als natuurlijke materialen. Deze reacties zijn zo controleerbaar dat ze kunnen worden gebruikt om de kleinste structuren te creëren volgens een driedimensionale ‘blauwdruk’.

En om ervoor te zorgen dat de gecreëerde bloedvaten zich kunnen verbinden met de cellen van het lichaam, worden tijdens de vervaardiging van de bloedvaten gemodificeerde biologische structuren (bijvoorbeeld heparine) en 'anker'-eiwitten daarin geïntegreerd. In de volgende fase worden endotheelcellen (een enkellaagse laag platte cellen langs het binnenoppervlak van bloedvaten) gefixeerd in het systeem van gecreëerde “tubuli” - zodat bloedbestanddelen niet aan de wanden blijven plakken. vasculaire systeem, maar werden er vrijelijk langs vervoerd. Het zal echter nog enige tijd duren voordat in het laboratorium gekweekte organen met eigen bloedvaten daadwerkelijk kunnen worden geïmplanteerd.

Organen laten groeien op een donor- of xenologische matrix, organen laten groeien op een kunstmatige matrix, zie paragraaf 3

4. Weefselgroei

Het kweken van eenvoudige weefsels is een technologie die al bestaat en in de praktijk wordt gebruikt.

Het herstellen van beschadigde huidgebieden hoort er al bij klinische praktijk. In sommige gevallen worden methoden gebruikt om de huid van de persoon zelf, bijvoorbeeld een slachtoffer van brandwonden, door speciale invloeden te regenereren. Dit is bijvoorbeeld ontwikkeld door R.R. Rakhmatullin bioplastic materiaal hyamatrix, of biocol, ontwikkeld door een team onder leiding van B.K. Gavrilyuk. Er worden ook speciale hydrogels gebruikt om de huid op de brandwond te laten groeien.

Er worden ook methoden ontwikkeld voor het printen van fragmenten van huidweefsel met behulp van speciale printers. De creatie van dergelijke technologieën wordt bijvoorbeeld uitgevoerd door ontwikkelaars van de Amerikaanse centra voor regeneratieve geneeskunde AFIRM en WFIRM.

Dr. Jorg Gerlach en collega's van het Institute for Regenerative Medicine van de Universiteit van Pittsburgh hebben een apparaat voor huidtransplantatie uitgevonden waarmee mensen sneller kunnen genezen van brandwonden verschillende graden zwaartekracht. Skin Gun spuit een oplossing met de eigen stamcellen van het slachtoffer op de beschadigde huid van het slachtoffer. Momenteel bevindt de nieuwe behandelmethode zich in een experimenteel stadium, maar de resultaten zijn nu al indrukwekkend: ernstige brandwonden genezen in slechts een paar dagen.

Een groep medewerkers van Columbia University onder leiding van Gordana Vunjak-Novakovic verkreeg uit stamcellen die op een frame waren geplaatst een botfragment dat leek op een deel van het kaakgewricht.Wetenschappers van het Israëlische bedrijf Bonus Biogroup (oprichter en uitvoerend directeur - Pai Meretzky, Shai Meretzki ontwikkelen methoden voor het laten groeien van menselijk bot uit het vetweefsel van een patiënt dat is verkregen via liposuctie. Het op deze manier gegroeide bot is al met succes getransplanteerd in de poot van een rat.

Italiaanse wetenschappers van de Universiteit van Udine hebben kunnen aantonen dat een populatie mesenchymale stamcellen die in vitro uit één enkele vetweefselcel is verkregen, zelfs bij afwezigheid van een specifieke structurele matrix of substraat, kan worden gedifferentieerd tot een structuur die lijkt op een tandkiem. .

Aan de Universiteit van Tokio lieten wetenschappers volwaardige tanden groeien met tandbeenderen en verbindingsvezels uit stamcellen van muizen, en deze met succes in de kaken van dieren transplanteren.

Specialisten van Medisch Centrum Columbia University Medical Center slaagde er onder leiding van Jeremy Mao in om het gewrichtskraakbeen van konijnen te herstellen.

Eerst verwijderden de onderzoekers de dieren kraakbeenweefsel schoudergewricht, evenals de onderliggende laag botweefsel. Vervolgens plaatste hij collageensteigers in plaats van de verwijderde weefsels.

Bij die dieren waarvan de skeletten transformerende groeifactor bevatten, een eiwit dat de celdifferentiatie en groei reguleert, werd er opnieuw bot- en kraakbeenweefsel gevormd. opperarmbeen en bewegingen in het gewricht werden volledig hersteld.

Een groep Amerikaanse wetenschappers uit De Universiteit uit Texas heeft Austin vooruitgang geboekt bij het creëren van kraakbeenweefsel met variërende mechanische eigenschappen en extracellulaire matrixsamenstelling op verschillende gebieden.

In 1997 kwam chirurg Jay Vscanti uit Algemeen ziekenhuis Massachusetts in Boston slaagde erin om met behulp van kraakbeencellen een menselijk oor op de rug van een muis te laten groeien.

Artsen van de Johns Hopkins Universiteit verwijderden een door de tumor aangetast oor en een deel van het schedelbot van een 42-jarige vrouw die aan kanker leed. Met behulp van kraakbeenweefsel uit borst, huid en bloedvaten uit andere delen van het lichaam van de patiënt, lieten ze een kunstoor op haar arm groeien en transplanteerden dit vervolgens naar de juiste plek.

Onderzoekers van het Worcester Polytechnic Institute (VS) hebben met succes een grote spierwond bij muizen gerepareerd door microdraden van het eiwitpolymeer fibrine te laten groeien en implanteren, bedekt met een laag menselijke spiercellen.

Israëlische wetenschappers van het Technion-Israel Institute of Technology bestuderen de noodzakelijke mate van vascularisatie en weefselorganisatie in vitro, waardoor de overleving en integratie van een door weefsel ontwikkeld gevasculariseerd spierimplantaat in het lichaam van de ontvanger kan worden verbeterd.

Onderzoekers van de Pierre en Marie Curie Universiteit in Parijs, onder leiding van Luc Douay, hebben voor het eerst ter wereld met succes kunstmatig bloed getest dat is gegroeid uit stamcellen op menselijke vrijwilligers.

Elk van de deelnemers aan het experiment ontving 10 miljard rode bloedcellen, wat overeenkomt met ongeveer twee milliliter bloed. De overlevingsniveaus van de resulterende cellen waren vergelijkbaar met die van conventionele rode bloedcellen.

4.7 Beenmerg

Kunstmatig beenmerg, ontworpen om in vitro bloedcellen te produceren, werd voor het eerst met succes gecreëerd door onderzoekers in het laboratorium voor chemische technologie van de Universiteit van Michigan onder leiding van Nicholas Kotov. Met zijn hulp is het al mogelijk om hematopoëtische stamcellen en B-lymfocyten te verkrijgen – cellen van het immuunsysteem die antilichamen produceren

5. Complexe organen laten groeien

5.1 Blaas

Dr. Anthony Atala en zijn collega's van de Amerikaanse Universiteit van Wake Forest (Wake Forest University) kweken blazen uit de eigen cellen van patiënten en transplanteren deze in patiënten.

Ze selecteerden verschillende patiënten en namen blaasbiopten van hen af: monsters van spiervezels en urotheelcellen. Deze cellen vermenigvuldigden zich gedurende zeven tot acht weken in petrischalen op een belvormige basis. Vervolgens werden de op deze manier gegroeide organen in de lichamen van patiënten genaaid.

Uit observaties van patiënten gedurende meerdere jaren bleek dat de organen goed functioneerden, zonder de negatieve effecten die kenmerkend waren voor oudere behandelmethoden.

In feite is dit de eerste keer dat een tamelijk complex orgaan, in plaats van eenvoudige weefsels zoals huid en botten, kunstmatig in vitro is gekweekt en in het menselijk lichaam is getransplanteerd. Dit team ontwikkelt ook methoden voor het kweken van andere weefsels en organen.

5.2 Luchtpijp

Spaanse chirurgen voerden 's werelds eerste luchtpijptransplantatie uit, gekweekt uit de stamcellen van een patiënt, de 30-jarige Claudia Castillo.

Het orgel werd gekweekt aan de Universiteit van Bristol met behulp van een donorcollageenvezelsteiger.

De operatie werd uitgevoerd door professor Paolo Macchiarini van het ziekenhuis van Barcelona (Hospital Clínic de Barcelona).

Professor Macchiarini werkt actief samen met Russische onderzoekers, waardoor het mogelijk werd om de eerste transplantatieoperaties van een volwassen luchtpijp in Rusland uit te voeren.

Advanced Cell Technology rapporteerde in 2002 het succes van het kweken van een complete nier uit een enkele cel uit het oor van een koe met behulp van kloontechnologie om stamcellen te verkrijgen.

Met behulp van een speciale stof werden de stamcellen omgezet in niercellen.

Het weefsel werd gekweekt op een steiger gemaakt van zelfvernietigend materiaal gemaakt aan de Harvard Medical School en in de vorm van een gewone nier. De resulterende nieren, ongeveer 5 cm lang, werden bij de belangrijkste organen in een koe geïmplanteerd.

Als gevolg hiervan begon de kunstnier met succes urine te produceren.

5.4 Lever

Amerikaanse specialisten van het Massachusetts General Hospital, onder leiding van Korkut Uygun, hebben met succes in het laboratorium gekweekte levers uit hun eigen cellen getransplanteerd in verschillende ratten.

Onderzoekers verwijderden de levers van vijf laboratoriumratten en ontdoen ze van gastheercellen, waardoor ze bindweefselsteigers voor de organen kregen.

De onderzoekers injecteerden vervolgens ongeveer 50 miljoen levercellen van ontvangende ratten in elk van de vijf resulterende steigers. Binnen twee weken werd op elk van de met cellen bevolkte steigers een volledig functionerende lever gevormd.

De in het laboratorium gekweekte organen werden vervolgens met succes getransplanteerd in vijf ratten.

5.5 Hart

Wetenschappers van het Britse Haafield Hospital, onder leiding van Megdi Yacoub, hebben voor het eerst in de geschiedenis een deel van het hart laten groeien, waarbij ze stamcellen als ‘bouwmateriaal’ gebruiken. Artsen lieten weefsel groeien dat precies zo werkte als de hartkleppen die verantwoordelijk zijn voor de bloedstroom bij mensen. Wetenschappers van de Universiteit van Rostock (Duitsland) gebruikten Laser-Induced-Forward-Transfer (LIFT) celprinttechnologie om een ​​‘patch’ te produceren die bedoeld was voor hartregeneratie.

5.6 Longen

Amerikaanse wetenschappers van Yale University, onder leiding van Laura Niklason, lieten longen groeien in het laboratorium (op een extracellulaire donormatrix). De matrix was gevuld met longepitheelcellen en de binnenbekleding van bloedvaten van andere individuen. Door kweek in een bioreactor konden de onderzoekers nieuwe longen laten groeien, die vervolgens in meerdere ratten werden getransplanteerd. Het orgaan functioneerde bij verschillende personen normaal vanaf 45 minuten tot twee uur na de transplantatie. Hierna begonnen zich echter bloedstolsels te vormen in de bloedvaten van de longen. Bovendien registreerden de onderzoekers een kleine hoeveelheid bloed die in het lumen van het orgaan lekte. Voor het eerst hebben onderzoekers echter het potentieel van regeneratieve geneeskunde voor longtransplantatie kunnen aantonen.

Conclusie

Cellulaire (weefsel) engineering is een tak van de biotechnologie die methoden gebruikt om cellen van het lichaam te isoleren, te transformeren en te laten groeien in voedingsmedia.

Een van de gebieden van celtechnologie is het gebruik van stamcellen om beschadigde weefsels en organen te herstellen. Onder laboratoriumomstandigheden is reproductie en verdere specialisatie van stamcellen mogelijk. Dit opent perspectieven voor de kunstmatige cultivering van weefsels en sommige organen van mens en dier, met als doel deze vervolgens in organismen te introduceren.

Een ander gebied van cellulaire engineering is het klonen van organismen. Kloon (van de Griekse kloon - tak, nageslacht) is een verzameling cellen of individuen die ongeslachtelijk van een gemeenschappelijke voorouder zijn verkregen; een kloon bestaat uit genetisch homogene cellen of organismen. Bij planten is natuurlijk klonen gebruikelijk als gevolg van aseksuele, vooral vegetatieve, voortplanting. Wetenschappers produceren ook kunstmatige klonen van planten.

Sollicitatie

Geplaatst op Allbest.ru

Soortgelijke documenten

Genetische manipulatie: geschiedenis van oorsprong, algemene karakteristieken, Voor-en nadelen. Kennismaking met de nieuwste methoden van genetische manipulatie en hun gebruik in de geneeskunde. Ontwikkeling van genetische manipulatie op het gebied van de vee- en pluimveehouderij. Experimenten met ratten.

cursuswerk, toegevoegd op 7/11/2012


De opkomst van de biotechnologie. Hoofdrichtingen van de biotechnologie. Bio-energie als tak van de biotechnologie. Praktische verworvenheden van de biotechnologie. Geschiedenis van genetische manipulatie. Doelen, methoden en enzymen van genetische manipulatie. Prestaties van genetische manipulatie.

samenvatting, toegevoegd op 23-07-2008


Het gebruik van genetische manipulatie als instrument van de biotechnologie om de erfelijkheid van levende organismen te controleren. Kenmerken van de belangrijkste methoden en prestaties van genetische manipulatie in de geneeskunde en de landbouw, de daarmee samenhangende gevaren en vooruitzichten.

rapport, toegevoegd op 05/10/2011


Methoden voor het kweken van menselijke en dierlijke lichaamscellen op kunstmatige voedingsmedia als voorwaarde voor de ontwikkeling van celtechnologie. Stadia van somatische hybridisatie. Overdracht van genetisch materiaal. Oorsprong van transgene planten.

samenvatting, toegevoegd op 23-01-2010


Concept en basismethoden van genetische manipulatie. Werkwijze voor DNA-isolatie met behulp van het voorbeeld van DNA-plasmiden. Werkingsprincipes van het beperkingswijzigingssysteem. Overdracht en detectie van gekloonde genen in cellen. Constructie en introductie van recombinante DNA-moleculen in cellen.

samenvatting, toegevoegd op 23-01-2010


De essentie van genetische en cellulaire manipulatie. De belangrijkste taken van genetische modificatie van planten, analyse van de schadelijkheid van hun consumptie als voedsel. Kenmerken van hybridisatie van plantaardige en dierlijke cellen. Ontvangstmechanisme geneeskrachtige stoffen met behulp van genetische manipulatie.

presentatie, toegevoegd op 26-01-2014


Transplantatie van genen en delen van DNA van de ene soort in cellen van een ander organisme. Geschiedenis van genetische manipulatie. Houding ten opzichte van genetisch gemodificeerde organismen in de wereld. Nieuwe GM-variëteiten. Wat brengt genetische manipulatie voor de mensheid? Wat zijn de vooruitzichten voor genetische manipulatie?

presentatie, toegevoegd op 24-02-2015


Geschiedenis, doelen en grondslagen van genetische manipulatie; bio-ethische aspecten. Groepen genetische ziekten, hun diagnose en behandeling. Toepassing van genetische manipulatie in de medische praktijk: genvaccins, gentherapie, productie van medicijnen.

samenvatting, toegevoegd op 26-10-2011


Het gebruik van cellen die in de natuur niet voorkomen in biotechnologische processen. Het isoleren van genen uit cellen, het manipuleren ervan en het introduceren ervan in andere organismen vormen de basis van de taken van genetische manipulatie. Geschiedenis van genetische manipulatie. Problemen met GGO-producten.

presentatie, toegevoegd op 21-02-2014


Vereisten voor de opkomst van genetica. De basis van de mutatietheorie. Genetica als de wetenschap van erfelijkheid: de initiële wetten en ontwikkeling ervan. Genetische manipulatie: onderzoeksaspecten en praktische resultaten. Klonen van organen en weefsels.

Definitie Een van de gebieden van de biotechnologie die zich bezighoudt met het creëren van biologische vervangers voor weefsels en organen. Beschrijving Het creëren van biologische weefselvervangers (grafts) omvat verschillende fasen: 1) selectie en cultivering van eigen celmateriaal of donorcelmateriaal; 2) ontwikkeling van een speciale drager voor cellen (matrix) op basis van biocompatibele materialen; 3) het aanbrengen van een celcultuur op de matrix en celproliferatie in een bioreactor met speciale kweekomstandigheden; 4) directe introductie van het transplantaat in het gebied van het aangetaste orgaan of voorlopige plaatsing in een gebied dat goed van bloed wordt voorzien voor rijping en vorming van microcirculatie in het transplantaat (prefabricage). Het celmateriaal kan worden weergegeven door cellen van het geregenereerde weefsel of door stamcellen. Voor het maken van entmatrices worden biologisch inerte synthetische materialen, materialen op basis van natuurlijke polymeren (chitosan, alginaat, collageen) en biocomposietmaterialen gebruikt. Botweefselequivalenten worden bijvoorbeeld verkregen door gerichte differentiatie van stamcellen uit beenmerg, navelstrengbloed of vetweefsel. Vervolgens worden de resulterende osteoblasten aangebracht op verschillende materialen die hun deling ondersteunen - donorbot, collageenmatrices, poreus hydroxyapatiet, enz. Equivalenten van levende huid die donor- of eigen huidcellen bevatten, worden momenteel veel gebruikt in de VS, Rusland en Italië. Deze ontwerpen kunnen de genezing van uitgebreide brandwondenoppervlakken verbeteren. De ontwikkeling van transplantaten wordt ook uitgevoerd in de cardiologie (kunstmatige hartkleppen, reconstructie van grote bloedvaten en capillaire netwerken); om de ademhalingsorganen (strottenhoofd, luchtpijp en bronchiën), dunne darm, lever, urinewegen, endocriene klieren en neuronen te herstellen. Het gebruik van stamcellen wordt veel gebruikt op het gebied van weefselmanipulatie, maar kent zowel ethische (embryonale stamcellen) als genetische beperkingen (in sommige gevallen treedt kwaadaardige deling van stamcellen op). Onderzoek recente jaren toonde aan dat het met behulp van genetische manipulaties mogelijk is om zogenaamde pluripotente stamcellen (iPSc) te verkrijgen uit huidfibroblasten, die qua eigenschappen en potentieel vergelijkbaar zijn met embryonale stamcellen. Metalen nanodeeltjes in weefselmanipulatie worden gebruikt om de celgroei te controleren door ze bloot te stellen aan magnetische velden van verschillende richtingen. Op deze manier was het bijvoorbeeld mogelijk om niet alleen analogen van leverstructuren te creëren, maar ook complexe structuren zoals elementen van het netvlies. Nanocomposietmaterialen bieden ook oppervlakteruwheid op nanoschaal van matrices voor de effectieve vorming van botimplantaten met behulp van elektronenbundellithografie (EBL). De creatie van kunstmatige weefsels en organen zal de noodzaak van transplantatie van de meeste donororganen wegnemen en zal de levenskwaliteit en overleving van patiënten verbeteren. Auteurs

• Naroditsky Boris Savelievich, doctor in de biologische wetenschappen
• Nesterenko Ljoedmila Nikolajevna, Ph.D.

1. Nanotechnologie in weefselengineering / Nanometer. - URL: http://www.nanometer.ru/2007/10/16/tkanevaa_inzheneria_4860.html (toegangsdatum 10/12/2009)
2. Stamcel / Wikipedia - de gratis encyclopedie. URL: ttp://ru.wikipedia.org/wiki/Stamcellen (toegangsdatum 10/12/2009)

encyclopedisch woordenboek nanotechnologie. - Rusnano. 2010 .

Zie wat “tissue engineering” is in andere woordenboeken:

weefseltechniek- Methoden voor het controleren van lichaamscellen om nieuwe weefsels te vormen of biologisch actieve stoffen tot expressie te brengen. Biotechnologische onderwerpen NL weefselmanipulatie ... Handleiding voor technische vertalers

De term bio-engineering De term in het Engels bio-engineering Synoniemen biomedische technologie Afkortingen Verwante termen biologisch afbreekbare polymeren, biomedische micro-elektromechanische systemen, biomimetica, biomimetische nanomaterialen, ... ...

De term biomimetische nanomaterialen De term in het Engels biomimetische nanomaterialen Synoniemen van biomimetica, biomimetica Afkortingen Verwante termen eiwitten, biologisch afbreekbare polymeren, bio-engineering, biomimetica, biocompatibiliteit, biocompatibel... ... Encyclopedisch woordenboek van nanotechnologie

Vadim Sergejevitsj Repin Geboortedatum: 31 juli 1936 (1936 07 31) (76 jaar oud) Geboorteplaats: USSR Land ... Wikipedia

- (Latijnse placenta, ‘cake’) een embryonaal orgaan bij alle vrouwelijke placentale zoogdieren, sommige buideldieren, hamerhaaivissen en andere levendbarende kraakbeenvissen, evenals levendbarende onychophorans en een aantal andere groepen dieren, waardoor ... ... Wikipedia

Bevat enkele van de meest opmerkelijke actuele gebeurtenissen, prestaties en innovaties op verschillende gebieden moderne technologie. Nieuwe technologieën zijn die technische innovaties die progressieve veranderingen binnen het vakgebied vertegenwoordigen... ... Wikipedia

Artikelenamfifielebiologisch afbreekbare polymerenbiologisch membraanbiologische motorenbiologischeosensorcoatingsbisl... Encyclopedisch woordenboek van nanotechnologie

Artikelen"tweezijdige" deeltjesactumotorenbiologischeebaseerd op nanomaterialenwaterstofbinding... Encyclopedisch woordenboek van nanotechnologie

Artikelen "zachte" chemiebiologisch nanomcoatingsdubbellaagse techniekhybride materialenDNADNA microchipgenafgiftekap... Encyclopedisch woordenboek van nanotechnologie

Dit service lijst artikelen gemaakt om de werkzaamheden aan de ontwikkeling van het onderwerp te coördineren. Deze waarschuwing is niet van toepassing... Wikipedia

Boeken

• Weefseltechniek, creatief team van de show “Breathe Deeper”. Er is sprake van een fundamenteel nieuwe aanpak – cel- en weefselmanipulatie nieuwste prestatie in Moleculaire en Cellulaire Biologie. Deze aanpak opende brede perspectieven voor het maken van... audioboeken