Công nghệ kỹ thuật mô. Y học thế kỷ 21: tế bào gốc, kim cương nano và kỹ thuật mô

Cái gì nếu chúng ta có thể phát triển các bộ phận cơ thể, giống như một con sao biển? Đây là ảo ảnh hay hiện thực? "ĐẾN & Z" quyết định tìm hiểu xem nó là gì kỹ thuật mô, và quan trọng nhất, nó có sẵn ở Nga không?

Kỹ thuật mô là gì

Trên thực tế, cơ thể chúng ta có khả năng tái tạo, hơn nữa, nó thực hiện điều này hàng ngày: xương được phục hồi cứ sau mười năm và da thay đổi hai tuần một lần. Nhưng điều này, tất nhiên, là không đủ. Do bệnh tật, chấn thương và đơn giản là do tuổi tác, các mô và toàn bộ cơ quan của chúng ta bị phá hủy và chết. Làm thế nào để làm chậm quá trình này và khôi phục những gì không còn ở đó? Những vấn đề này được giải quyết theo hướng tiên tiến của y học tái tạo - kỹ thuật mô, giúp bổ sung lượng da và các bộ phận cơ quan bị mất, chẳng hạn như tim hoặc bàng quang.

Tại sao kỹ thuật mô lại cần thiết?

Hoại tử mô do bệnh tật, chấn thương hoặc dị tật bẩm sinh là vấn đề sức khỏe số một trên toàn thế giới. Nhu cầu cấy ghép đang tăng theo cấp số nhân ở tất cả các nước. Y học hiện đại cổ điển chữa được nhiều bệnh bệnh mãn tính TRÊN khoảnh khắc này không thể - chỉ có thể thực hiện được các thủ tục khắc phục, nhưng việc tìm được người hiến tặng hoàn toàn tương thích cũng là một thách thức.

Ngày nay, một trong những phương pháp chính để phục hồi các cơ quan và mô trong trường hợp không thể cấy ghép vật liệu của chính mình là cấy ghép nó - từ một người hiến tặng còn sống hoặc một người vừa mới qua đời. Điều chính trong quá trình này là khả năng tương thích sinh học tối đa của người cho và người nhận. Nhưng ngay cả trong trường hợp này, hệ thống miễn dịch sẽ chống lại và cản trở quá trình cấy ghép của cơ quan hoặc mô được cấy ghép. Vì vậy, những bệnh nhân đã trải qua cấy ghép được kê đơn thuốc đặc biệt - thuốc ức chế miễn dịch - tạm thời hoặc suốt đời. Về cơ bản, chúng ức chế hệ thống miễn dịch của chính con người. Tuy nhiên, dù có rất nhiều nỗ lực nhưng cơ quan được cấy ghép thường không bén rễ.

Tuân theo nguyên tắc “không gây hại”, các nhà khoa học và bác sĩ từ lâu đã tìm cách phục hồi các mô và cơ quan bằng chính cơ thể của bệnh nhân. Với mục đích này, toàn bộ phần phẫu thuật tái tạo đã xuất hiện, dựa trên các kỹ thuật vi phẫu. Khâu hoặc ghép ngón tay trong trường hợp bị thương, ví dụ từ bàn chân sang cánh tay, phục hồi tuyến vú sau khi cắt bỏ khối u ác tính và thậm chí trả lại một phần đáng kể khuôn mặt của bệnh nhân - sau chấn thương, ung thư hoặc chấn thương. Nhưng vi phẫu không phải là toàn năng. Đây là cách kỹ thuật mô bắt đầu phát triển, xuất hiện rất lâu trước khi vi phẫu.

Một chút lịch sử của vấn đề

Bác sĩ người Mỹ Leo Loeb lần đầu tiên nghĩ đến điều này vào cuối thế kỷ 19. Năm 1897, ông tiến hành một thí nghiệm: ông quan sát cách các tế bào phân chia trong máu đông và bạch huyết. Tuy nhiên, sau khi công bố những quan sát của mình, ông không tiết lộ các thông số chính xác của thí nghiệm, điều này khiến công trình này càng trở nên hấp dẫn hơn. Theo dõi anh ấy đến chủ đề này với các mặt khác nhau Nhiều nhà khoa học đã cố gắng tiếp cận, nhưng chỉ mười năm sau, đồng nghiệp và đồng hương của ông - nhà khoa học Ross Harrison - đã phát triển và duy trì các sợi thần kinh sống và các tế bào lấy từ mô của phôi ếch. Và vào năm 1912, bác sĩ phẫu thuật người Pháp Alexis Carrel và các đồng nghiệp của ông đã có thể duy trì sự sống của một phần nhỏ trái tim của phôi gà. Vật liệu sinh học này vẫn tồn tại và thậm chí còn phát triển trong 24 năm!

Phương pháp nuôi cấy mô

Kể từ đó, kỹ thuật mô đã đi được một chặng đường dài. Ngày nay, có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để nuôi cấy mô, nhưng một trong những cái chính - giàn giáo - công nghệ giàn giáo. Những người thử nghiệm từ các quốc gia khác nhau đã thực hành nó từ những năm 90. Sử dụng công nghệ này, các tế bào của một sinh vật sống được lấy làm mẫu: một mảnh mô hoặc một số cơ quan riêng biệt. Sau đó, nó được chia thành các tế bào riêng lẻ bằng cách sử dụng enzyme và nuôi cấy trong bốn đến sáu tuần.

Giai đoạn tiếp theo - cấy ghép các tế bào đã nhân lên trên một giàn giáo, ma trận tạm thời đặc biệt. Nhìn bề ngoài, giàn giáo có thể bị nhầm là vải cotton, khá phù hợp với áo blouse hoặc áo sơ mi, nhưng thực chất nó là một chất liệu nhân tạo phức tạp. Trên một giàn giáo như vậy, vật liệu sinh học dùng để cấy ghép vào người sẽ được phát triển. Cấu trúc được cấy ghép ở nơi không có mô, ví dụ như trên niệu đạo hoặc thận. Giàn giáo hoạt động như một loại phương tiện vận chuyển cho các tế bào mới. Sau khi mô bị tổn thương được sửa chữa, chất phân phối sẽ hòa tan, biến mất không dấu vết.

Một ví dụ nổi bật về công việc như vậy là việc tái tạo bàng quang của bác sĩ phẫu thuật người Mỹ Anthony Atala cho Luke Massella, một cậu bé mười tuổi bị dị tật cột sống bẩm sinh - hở hàm ếch. Căn bệnh làm bàng quang của đứa trẻ bị tê liệt và khi cha mẹ tìm đến bác sĩ để được giúp đỡ thì thận đã suy yếu. “Để tăng trưởng”, họ lấy mô bàng quang có kích thước bằng nửa con tem bưu chính. Nuôi cấy tế bào trong điều kiện phòng thí nghiệm mất bốn tuần. Sau đó, nhóm của Atala đã tạo ra một giàn giáo có hình bàng quang, bao phủ lớp vỏ bên trong bằng các tế bào lót cơ quan “nguyên bản” và lớp vỏ bên ngoài bằng các tế bào cơ. Mô hình được đặt trong lò phản ứng sinh học (một thiết bị y tế tương tự như lò nướng) để làm chín. Sau sáu đến tám tuần, cơ quan hình thành đầy đủ sẽ được cấy ghép. Bằng cách phức tạp tương tự, Atala đã phát triển được van tim và thậm chí cả tai. Nhân tiện, chúng tôi phải mày mò: sụn của bệnh nhân được gieo vào khuôn, sau khi ở trong lò phản ứng sinh học vài tuần, khuôn này đã biến thành một chiếc tai giàn giáo độc lập. Đối với các cơ quan phức tạp hơn, chẳng hạn như tim, đồng nghiệp của Atala, nhà khoa học Trung Quốc Tao Zhu, đã phát triển một kỹ thuật sử dụng máy in 3D. Thay vì mực, tế bào của con người được đổ vào hộp mực, từ đó trái tim được in theo đúng nghĩa đen trong vòng một giờ và sau 46 giờ, nó đã sẵn sàng để sử dụng.

Nội tạng của người hiến tặng cũng được sử dụng làm khuôn khổ. Hãy lấy gan: với sự trợ giúp của các phương tiện đặc biệt, tất cả tế bào của người hiến tặng sẽ được lấy ra khỏi nó, sau đó tế bào của bệnh nhân được đưa vào “bộ xương” bị tàn phá - từ bên trong và bên ngoài. Tế bào của bệnh nhân là sự đảm bảo rằng cơ thể sẽ không đào thải. Kỹ thuật mô vẫn là một khoa học thực nghiệm, nhưng các thí nghiệm hiện tại chứng minh rằng mọi thứ đều có thể được tạo ra bằng kỹ thuật này - van tim, mạch máu, gan, cơ, tai và ngón tay con người. Các nhà khoa học hy vọng rằng kỹ thuật mới này cũng sẽ giúp giải quyết một vấn đề cấp bách khác của cấy ghép - sự thiếu hụt nội tạng của người hiến tặng.

Cấy ghép tự thân trong y học thẩm mỹ

Ngày nay, phương pháp cấy ghép tự thân thông thường được sử dụng rộng rãi cho các vết bỏng, chấn thương sụn, gân và thậm chí cả xương. Hiện tại, kỹ thuật mô ở cấp độ y học làm đẹp không thể mang lại điều gì nổi bật, nhưng có một số điều. Trong y học thẩm mỹ, việc tự cấy ghép sụn và mô mỡ được sử dụng rộng rãi. Mô sụn của bạn tồn tại tốt hơn nhiều trong quá trình nâng mũi và cho phép bạn tạo hình linh hoạt cho hình dạng mũi của mình. Với phẫu thuật tạo hình gen, bạn có thể dễ dàng thay đổi góc cằm bằng mô của chính mình. Việc cấy ghép sụn cũng được áp dụng trong phẫu thuật tạo hình kém để tăng thể tích vùng gò má.

Y học tái tạo ở Nga

Ở Nga, tình hình kỹ thuật mô không mấy khả quan, chưa có ai phát triển nội tạng, có các kỹ thuật tái tạo trong khoa tim mạch và sử dụng phương pháp chỉnh sửa máu ngoại cơ thể. Các thử nghiệm về in 3D đang được thực hiện, nhưng hiện tại, ngay cả từ góc độ pháp lý, không thể thực hiện các hoạt động như vậy.

Y học tái tạo, đặc biệt là nuôi cấy tế bào gốc bên ngoài cơ thể con người, một trong những sự kiện chủ yếu và quan trọng trong thực tiễn thế giới. Gần đây hơn, vào năm 2014, các nhà khoa học của Viện Nghiên cứu Vật lý và Hóa học Nhật Bản đã tìm cách phục hồi thị lực cho một phụ nữ 70 tuổi và năm nay người Nhật đã có thể phát triển da, nang lông và gan nhỏ. Thuốc đã có thể phát triển sụn, mô và toàn bộ cơ quan. Không xa lắm - tim, tuyến tụy và Mô thần kinh, não. Cho đến nay, số liệu thống kê không đáng khích lệ: cứ mỗi phút trên thế giới có hai người chết có thể được cứu bằng cách cấy ghép mô của chính họ. Cấy ghép tự thân là tương lai, với sự trợ giúp của nó, hàng triệu sinh mạng có thể được cứu.

) — tạo ra các mô và cơ quan mới để tái tạo trị liệu cho cơ quan bị tổn thương bằng cách cung cấp các cấu trúc hỗ trợ, tín hiệu phân tử và cơ học để tái tạo đến khu vực mong muốn.

Sự miêu tả

Cấy ghép thông thường làm bằng vật liệu trơ chỉ có thể khắc phục những khiếm khuyết về thể chất và cơ học của mô bị tổn thương. Mục tiêu của kỹ thuật mô là phục hồi các chức năng sinh học (trao đổi chất), tức là tái tạo mô chứ không chỉ đơn giản là thay thế nó bằng vật liệu tổng hợp.

Việc tạo ra một mô cấy ghép được thiết kế bằng mô (ghép) bao gồm một số giai đoạn:

1. lựa chọn và nuôi cấy vật liệu tế bào của chính mình hoặc của người hiến tặng;
2. phát triển chất mang đặc biệt cho tế bào (ma trận) dựa trên vật liệu tương thích sinh học;
3. áp dụng nuôi cấy tế bào vào chất nền và tăng sinh tế bào trong lò phản ứng sinh học với điều kiện canh tác đặc biệt;
4. đưa trực tiếp mảnh ghép vào khu vực của cơ quan bị ảnh hưởng hoặc đặt sơ bộ vào khu vực được cung cấp đầy đủ máu để trưởng thành và hình thành vi tuần hoàn bên trong mảnh ghép (đúc sẵn).

Vật liệu tế bào có thể được đại diện bởi các tế bào của mô tái sinh hoặc tế bào gốc. Để tạo ra ma trận ghép, vật liệu tổng hợp trơ về mặt sinh học, vật liệu dựa trên polyme tự nhiên (chitosan, alginate, collagen), cũng như vật liệu tổng hợp sinh học được sử dụng. Ví dụ, các chất tương đương của mô xương thu được bằng cách biệt hóa trực tiếp tế bào gốc từ tủy xương, máu dây rốn hoặc mô mỡ. Sau đó, các nguyên bào xương thu được (tế bào xương non chịu trách nhiệm cho sự phát triển của nó) được áp dụng vào các vật liệu khác nhau hỗ trợ sự phân chia của chúng - xương của người hiến tặng, ma trận collagen, hydroxyapatite xốp, v.v. Các chất tương đương da sống chứa tế bào da của người hiến tặng hoặc của chính mình hiện đang được sử dụng rộng rãi ở Hoa Kỳ , Nga, Ý. Những thiết kế này có thể cải thiện việc chữa lành vết bỏng rộng. Sự phát triển của mảnh ghép cũng được thực hiện trong tim mạch (van tim nhân tạo, tái tạo các mạch lớn và mạng lưới mao mạch); để phục hồi hệ hô hấp (thanh quản, khí quản và phế quản), ruột non, gan, các cơ quan của hệ tiết niệu, các tuyến bài tiết bên trong và tế bào thần kinh. kim loại trong kỹ thuật mô được sử dụng để kiểm soát sự phát triển của tế bào thông qua việc tiếp xúc với từ trường theo các hướng khác nhau. Ví dụ, bằng cách này, có thể tạo ra không chỉ các cấu trúc tương tự của gan mà còn cả các cấu trúc phức tạp như các thành phần của võng mạc. Ngoài ra, các vật liệu được tạo ra bằng phương pháp này (quang khắc chùm tia điện tử, EBL) cung cấp các bề mặt ma trận có kích thước nano để hình thành xương cấy ghép một cách hiệu quả. Việc tạo ra các mô và cơ quan nhân tạo sẽ loại bỏ nhu cầu cấy ghép hầu hết các cơ quan của người hiến tặng và sẽ cải thiện chất lượng cuộc sống và khả năng sống sót của bệnh nhân.

tác giả

• Naroditsky Boris Savelievich
• Nesterenko Lyudmila Nikolaevna

Nguồn

1. Công nghệ nano trong kỹ thuật mô // Nanometer. -www.nanometer.ru/2007/10/16/tkanevaa_inzheneria_4860.html
2. Tế bào gốc // Wikipedia, bách khoa toàn thư miễn phí.www.ru.wikipedia.org/wiki/Stem_cells (ngày truy cập: 12/10/2009).

Kỹ thuật mô (TI), với tư cách là một ngành học, bắt đầu lịch sử vào nửa đầu thế kỷ 20. Nền tảng của nó là sự phát triển lý thuyết và thực tiễn trong việc tạo ra các cơ quan và mô “nhân tạo” cũng như nghiên cứu về cấy ghép tế bào và sinh học. hoạt chất trên các chất mang để phục hồi tổn thương ở các mô khác nhau của cơ thể (Langer R., Vacanti J.P., 1993).

Hiện nay, kỹ thuật mô là một trong những ngành trẻ nhất trong y học, dựa trên các nguyên tắc sinh học phân tử và kỹ thuật di truyền. Cách tiếp cận liên ngành được sử dụng trong đó chủ yếu nhằm mục đích tạo ra các vật liệu tổng hợp sinh học mới để khôi phục các chức năng bị mất của từng mô hoặc cơ quan nói chung (Spector M., 1999). Nguyên tắc cơ bản của phương pháp này là phát triển và ứng dụng các vật liệu mang làm bằng vật liệu phân hủy sinh học, được sử dụng kết hợp với tế bào của người hiến tặng và/hoặc các chất hoạt tính sinh học khi cấy ghép vào cơ quan hoặc mô bị tổn thương. Ví dụ, khi điều trị quá trình vết thương- đây có thể là lớp phủ collagen với các nguyên bào sợi và trong phẫu thuật mạch máu- mạch nhân tạo có chất chống đông máu (Vacanti S.A. et.al., 1993). Ngoài ra, một trong những yêu cầu nghiêm túc đối với các vật liệu mang như vậy là chúng phải cung cấp khả năng hỗ trợ đáng tin cậy, tức là hỗ trợ và/hoặc chức năng hình thành cấu trúc ở vùng bị tổn thương của mô hoặc cơ quan.

Do đó, một trong những nhiệm vụ chính của kỹ thuật mô trong điều trị bệnh lý xương là tạo ra các hỗn hợp sinh học nhân tạo bao gồm các vật liệu đồng loại và/hoặc xeno kết hợp với các phân tử hoạt tính sinh học (protein hình thái xương, các yếu tố tăng trưởng, v.v.) và có khả năng cảm ứng sự tạo xương. Hơn nữa, các vật liệu sinh học như vậy phải có một số đặc tính cần thiết của xương (Yannas I.V. et.al., 1984; Reddi A.H.et.al., 1987; Reddi A.H., 1998).

Đầu tiên, họ phải xác định phạm vi của khiếm khuyết.

Thứ hai, nó phải có khả năng tạo xương, nghĩa là tích cực kích thích các nguyên bào xương và có thể cả các tế bào trung mô khác để hình thành xương.

Và thứ ba, phải có các chỉ số tốt về khả năng tích hợp và tương thích sinh học, tức là có khả năng phân hủy và không gây ra các phản ứng viêm, miễn dịch ở người nhận. Chất lượng cuối cùng thường chỉ đạt được ở vật liệu sinh học bằng cách giảm các đặc tính kháng nguyên của nó.

Sự kết hợp của tất cả các đặc tính này cho phép các vật liệu sinh học đó, song song với chức năng cơ học, hỗ trợ, cung cấp sự tích hợp sinh học - sự phát triển của tế bào và mạch máu vào cấu trúc cấy ghép với sự hình thành mô xương sau đó.

Người ta biết rằng tác dụng hỗ trợ của bất kỳ vật liệu sinh học nào đều được đảm bảo, theo quy luật, bởi các đặc điểm cấu trúc của nó. Đối với vật liệu sinh học, chỉ số này thường liên quan đến cấu trúc của mô tự nhiên mà từ đó nó thu được. Đối với xương, các thông số chính về độ bền cấu trúc của nó là đặc tính đàn hồi cứng của nền xương và kích thước của các lỗ trong đó (Marra P. G. 1998; Thomson R. C. et.al., 1998).

Các vật liệu sinh học phổ biến nhất có chức năng hỗ trợ được xác định rõ ràng bao gồm hydroxyapatite nhân tạo và tự nhiên (HA), gốm sinh học, axit polyglycolic và protein collagen (Friess W., 1998).

Hiện nay, nhiều dạng hydroxyapatite khác nhau, khác nhau về hình dạng và kích thước hạt, được sử dụng để thay thế các khuyết tật xương trong phẫu thuật nha khoa, chỉnh hình và chấn thương. Người ta tin rằng hydroxyapatite thu được nhân tạo gần như giống hệt về thành phần hóa học và đặc điểm tinh thể với hydroxyapatite xương tự nhiên (Parsons J., 1988). Nhiều tác giả đã chứng minh cả bằng thực nghiệm và lâm sàng rằng việc sử dụng hydroxyapatite có lợi ích đáng kể trước các vật liệu cấy ghép khác. Vâng, với anh ấy đặc điểm tích cực bao gồm các chỉ số như dễ khử trùng, thời hạn sử dụng dài, mức độ tương thích sinh học cao và khả năng hấp thụ cực kỳ chậm trong cơ thể (Volozhin A.I. và cộng sự, 1993). Hydroxyapatite là một vật liệu trơ sinh học và có tính tương thích cao với xương (Jarcho M. et.al., 1977), như đã được thể hiện qua các nghiên cứu thực nghiệm. Trong quá trình thay thế khiếm khuyết xương với sự hiện diện của HA, dưới tác động của chất lỏng sinh học và enzyme mô, hydroxyapatite có thể được tái hấp thu một phần hoặc toàn bộ (Klein A.A., 1983). Tác dụng tích cực của hydroxyapatite sau khi cấy vào khoang xương rõ ràng được giải thích không chỉ bởi đặc tính dẫn xương của vật liệu mà còn bởi khả năng hấp thụ protein trên bề mặt của nó để tạo ra quá trình tạo xương (Ripamonti U., Reddi A.H., 1992).

Hiện nay, phần lớn vật liệu sinh học để phục hồi các khuyết tật về xương được lấy từ sụn và/hoặc mô xương của con người hoặc các động vật khác nhau. Các thành phần thuộc loại khác thường được sử dụng để sản xuất vật liệu composite. mô liên kết- da, gân, màng não, v.v. (Vope P.J., 1979; Yannas I.V. và cộng sự, 1982; Chvapel M., 1982; Goldberg V.M. và cộng sự, 1991; Damien C.J., Parsons J.R., 1991).

Vật liệu sinh học hiện đại nổi tiếng nhất là collagen. Việc sử dụng rộng rãi nó trong y học thực tế gắn liền với sự phát triển của phẫu thuật tái tạo và tìm kiếm các vật liệu mới thực hiện các chức năng khung và nhựa trong tái tạo mô. Ưu điểm chính của collagen như một vật liệu sinh học bằng nhựa bao gồm độc tính và tính kháng nguyên thấp, độ bền cơ học cao và khả năng chống lại mô giả (Istranov L.P., 1976). Nguồn collagen trong sản xuất các sản phẩm dành cho phẫu thuật thẩm mỹ là các mô giàu protein này - da, gân, màng ngoài tim và xương. Phổ biến rộng rãi ở hành nghề y nhận được dung dịch collagen dưỡng da do Collagen Corp sản xuất. (Palo-Alto USA), dưới tên "Zyderm" và "Zyplast". Nhiều sản phẩm khác nhau đã được phát triển dựa trên loại collagen này. mục đích y tế chẳng hạn như cấy ghép, băng vết thương, chỉ phẫu thuật để khâu bề mặt vết thương, v.v.

Vào những năm 70 của thế kỷ trước, dữ liệu lần đầu tiên thu được về tác dụng của việc ghép collagen đối với việc sửa chữa mô xương. Người ta phát hiện ra rằng cấy ghép collagen thúc đẩy sự tăng sinh của nguyên bào sợi, tạo mạch cho các mô lân cận và rõ ràng là tạo ra sự hình thành mô xương mới với quá trình tái cấu trúc sau đó của nó (Reddi A.H., 1985). Là một vật liệu có khả năng phân hủy sinh học nhanh chóng, collagen cũng được sử dụng ở dạng gel để phục hồi các khuyết tật về xương (De Balso A.M., 1976). Kết quả thu được của tác giả này cũng cho thấy các chế phẩm gốc collagen có khả năng kích thích tái tạo mô xương.

Đồng thời, để thay thế các khiếm khuyết của mô xương, nghiên cứu bắt đầu sử dụng vật liệu tổng hợp sinh học có chứa cả collagen và hydroxyapatite. Vâng, đối với phẫu thuật hàm mặt và nha khoa phẫu thuật, các chế phẩm “Alveloform” và “Bigraft” đã được phát triển, chứa collagen dạng sợi tinh khiết và các hạt HA (Collagen Corp., Palo Alto, USA). Những vật liệu sinh học này được sử dụng để phục hồi gờ xương ổ răng trong quá trình điều trị phẫu thuật cho bệnh nhân viêm nha chu (Krekel G. 1981, Lemons M.M. 1984, Miller E. 1992). Các nghiên cứu mô học và siêu cấu trúc đã chứng minh rằng thành phần - collagen và HA có tác động tích cực đến quá trình tái tạo mào xương, nhưng đồng thời, loại vật liệu sinh học này chủ yếu thực hiện các chức năng khung và dây dẫn, nghĩa là chúng thể hiện đặc tính dẫn xương của chúng. (Mehlisch DR, 1989). Sau đó, nhiều nhà nghiên cứu khác cũng đi đến kết luận tương tự, và hiện nay quan điểm này được hầu hết các nhà khoa học chia sẻ (Glimcher M.J., 1987; Friess W., 1992; VaccantiC.A. et.al., 1993).

Tuy nhiên, theo một nhóm nhà nghiên cứu khác, vật liệu tổng hợp sinh học có chứa collagen da "Ziderm" và hydroxyapatite tổng hợp có tác dụng tạo xương nhất định. Vì vậy, Katthagen và cộng sự. (1984), nghiên cứu tác dụng của vật liệu Kollapat chứa collagen loại 1 ở da và các hạt hydroxyapatite có độ phân tán cao trong việc phục hồi các khuyết tật xương ở xương đùi ở thỏ, nhận thấy rằng quá trình tái tạo mô xương ở động vật thí nghiệm nhanh hơn 5 lần so với đối chứng. Những kết quả thử nghiệm này đã tạo cơ sở cho việc tiếp tục sử dụng vật liệu Kollapat trong thực hành lâm sàng.

Người ta biết rằng loại thích hợp nhất cho việc cấy ghép và quá trình tích hợp sinh học tiếp theo chắc chắn là các mảnh ghép tự thân, được chuẩn bị từ các mô của chính bệnh nhân và điều này loại bỏ hoàn toàn các biến chứng chính về miễn dịch và nhiễm trùng trong quá trình cấy ghép tiếp theo (Enneking W.F. và cộng sự, 1980; Summers B.N., Eisenstein S.M., 1989; Reddi A.H., 1985; Goldberg V.M. và cộng sự, 1991). Tuy nhiên, những vật liệu như vậy phải được chuẩn bị ngay trước khi cấy ghép, nếu không phòng khám phải có ngân hàng xương để lưu trữ những vật liệu sinh học đó, thực tế chỉ dành cho những bệnh nhân rất lớn. cơ sở y tế do chi phí chuẩn bị và lưu trữ các vật liệu này cao. Ngoài ra, khả năng thu được số lượng đáng kể của vật liệu tự thân là rất hạn chế và theo quy luật, khi nó được thu thập, người hiến tặng phải trải qua các biện pháp can thiệp phẫu thuật nghiêm trọng. Tất cả điều này hạn chế đáng kể việc sử dụng rộng rãi các mảnh ghép tự thân (Bos G.D. và cộng sự, 1983; Horowitz M.C. 1991). Do đó, trong lĩnh vực điều trị các bệnh lý về xương, kỹ thuật mô phải đối mặt với một thách thức thực sự trong việc tạo ra vật liệu tổng hợp sinh học, việc sử dụng chúng sẽ mang lại giải pháp cho nhiều vấn đề cả về cấy ghép tế bào và kích thích hình thành xương ở những nơi bị tổn thương cũng như giảm thiểu sự hình thành xương. chi phí lao động và tài chính khi loại bỏ tổn thương xương ở bệnh nhân.

Hiện nay, nhờ nỗ lực của một số nhà nghiên cứu làm việc trong lĩnh vực kỹ thuật mô, vật liệu tổng hợp sinh học đã được phát triển và giới thiệu, bao gồm cả tế bào tủy xương bản địa và tế bào tiền thân tạo xương được nuôi cấy trong môi trường nuôi cấy tủy xương đơn lớp (Gupta D., 1982). ; Bolder S., 1998). Các tác giả này nhận thấy rằng để tạo thành công quá trình tạo xương tại vị trí cấy ghép, cần phải tạo ra mật độ ban đầu cao của các tiền chất mô đệm - khoảng 108 tế bào. Đồng thời, việc giới thiệu đơn giản về việc đình chỉ các tế bào như vậy không mang lại hiệu quả kết quả tốt. Về vấn đề này, một vấn đề nghiêm trọng đã nảy sinh trong việc tìm kiếm chất mang để cấy ghép tế bào vào cơ thể người nhận.

Lần đầu tiên với tư cách là người vận chuyển như vậy, Gupta D. et. al. (1982) đề xuất sử dụng xenobone đã được khử chất béo và khử keo trước đó. Người ta còn phát hiện thêm rằng, tùy thuộc vào mức độ tinh chế xenobone, tỷ lệ gắn kết của các thành phần tế bào với chất mang tăng lên và các tế bào liên kết với phần hữu cơ của nó tốt hơn nhiều so với hydroxyapatite xương tự nhiên (Hofman S., 1999).

Trong số các vật liệu tổng hợp, gốm sứ hiện đang được sử dụng rộng rãi làm chất mang cho cấy ghép tế bào (Burder S. 1998), đây là một hydroxyapatite nhân tạo thu được bằng cách xử lý tri-canxi photphat ở nhiệt độ cao.

Các bác sĩ phẫu thuật nha khoa trong nước đã sử dụng mô rắn làm chất mang thích hợp để cấy ghép các nguyên bào sợi dị sinh. màng não và lưu ý rằng việc sử dụng mảnh ghép này với nguyên bào sợi đồng loại trong điều trị viêm nha chu toàn thân mãn tính vừa và nặng có một số ưu điểm so với các phương pháp điều trị khác (Dmitrieva L.A., 2001).

Trước đây, trong một loạt nghiên cứu về cấu tạo “da nhân tạo”, người ta đã phát hiện ra rằng sự thành công của việc phục hồi mô này sau khi bị tổn thương phụ thuộc vào trạng thái của vi môi trường tế bào ở vùng bị tổn thương. Mặt khác, bản thân môi trường vi mô được tạo ra bởi sự kết hợp tối ưu của các thành phần chính của ma trận gian bào, chẳng hạn như collagens, glycoprotein và proteoglycans (Yannas I. et.al., 1980, 1984; Pruitt B., Levine N. , 1984; Madden M. và cộng sự. ., 1994).

Collagen là một loại protein dạng sợi điển hình. Phân tử riêng lẻ của nó, tropocollagen, bao gồm ba chuỗi polypeptide xoắn ốc, được gọi là chuỗi a, được xoắn lại với nhau thành một chuỗi xoắn chung và được ổn định bằng liên kết hydro. Mỗi chuỗi a chứa trung bình khoảng 1000 gốc axit amin. Có hai sự kết hợp chính của chuỗi trong mô xương - hai chuỗi λ1 và một collagen λ2 hoặc loại 1 và ba chuỗi collagen λ-1 hoặc loại III. Ngoài các loại đã nêu, các dạng đồng phân collagen khác cũng được tìm thấy trong xương với số lượng nhỏ (Serov V.P., Shekhter A.B., 1981).

Proteoglycan là hợp chất phức tạp của polysaccharide và protein. Các polysaccharide tạo nên proteoglycan là các polyme tuyến tính được tạo thành từ các tiểu đơn vị disacarit khác nhau được hình thành bởi các axit uronic (glucuronic, galacturonic và iduronic), N-acetylhexosamine (IM-acetylglucosamine, N-acetyl-galactosamine) và các sacarit trung tính (galactose, mannose và xyloza) . Những chuỗi polysacarit này được gọi là glycosaminoglycan. Ít nhất một trong số các loại Đường trong disaccharide có nhóm carboxyl hoặc sunfat tích điện âm (Stacy M, Barker S, 1965). Mô xương trưởng thành chứa chủ yếu là glycosaminoglycan sunfat (sGAG), chẳng hạn như chondroitin-4- và chondroitin-6-sulfates, dermatan sulfate và keratan sulfate. Quá trình sinh tổng hợp proteoglycan trong mô xương được thực hiện chủ yếu bởi các nguyên bào xương được kích hoạt và ở một mức độ nhỏ bởi các tế bào xương trưởng thành (Juliano R., Haskell S., 1993; Wendel M., Sommarin Y., 1998).

Ý nghĩa chức năng của glycosaminoglycan sunfat trong mô liên kết (CT) là rất lớn và chủ yếu liên quan đến sự hình thành các sợi collagen và sợi đàn hồi. Glycosaminoglycans sunfat tham gia vào hầu hết các quá trình trao đổi chất của mô liên kết và có thể có tác dụng điều chỉnh sự biệt hóa của các thành phần tế bào của nó (Panasyuk A.F. và cộng sự, 2000). Nhiều chỉ số tái tạo CT phụ thuộc vào đặc tính định tính và định lượng của chúng trong các mô, cũng như đặc điểm tương tác với các thành phần khác của ma trận gian bào.

Tái tạo và phục hồi mô xương là một phức hợp của các quá trình tuần tự, bao gồm cả việc kích hoạt các tế bào tạo xương (tuyển dụng, tăng sinh và biệt hóa) và hình thành trực tiếp một ma trận chuyên biệt - quá trình khoáng hóa và tái tạo mô xương sau đó. Hơn nữa, các tế bào này luôn chịu sự chi phối và tác động của một số yếu tố sinh học và cơ học.

Theo các khái niệm hiện đại, kỹ thuật mô (TI) của mô xương dựa trên ba nguyên tắc cơ bản để đảm bảo việc thay thế thành công mô này.

Thứ nhất, nguyên tắc quan trọng nhất khi tạo ra vật liệu sinh học và cấu trúc để cấy ghép là tái tạo các đặc tính cơ bản của nền xương tự nhiên, bởi chính cấu trúc đặc trưng của mô xương có tác động rõ rệt nhất đến quá trình tái tạo. Được biết, những đặc điểm này của ma trận phụ thuộc vào cấu trúc ba chiều của nó và Thành phần hóa học, cũng như các tính chất cơ học và khả năng ảnh hưởng đến các dạng tế bào của mô liên kết (CT).

Kiến trúc của ma trận bao gồm các tham số như tỷ lệ bề mặt trên thể tích, sự hiện diện của hệ thống lỗ rỗng và quan trọng nhất là các tính chất cơ học và chức năng của nó. Thông qua các đặc tính này, chất nền dường như có khả năng điều chỉnh sự phát triển của mạch máu, cung cấp các kích thích hóa học cho các tế bào nội sinh, điều chỉnh sự gắn kết của tế bào và kích thích sự phân chia, biệt hóa và quá trình khoáng hóa sau đó. Người ta tin rằng cấu trúc ba chiều của ma trận không chỉ có thể ảnh hưởng đến quá trình cảm ứng mà còn ảnh hưởng đến tốc độ tái sinh.

Do đó, vật liệu sinh học hoặc cấu trúc được xây dựng bằng kỹ thuật mô phải có các đặc tính mà trong điều kiện in vivo có thể cung cấp cả đặc tính dẫn điện và cảm ứng của ma trận tự nhiên. Đầu tiên bao gồm các chỉ số như khả năng lấp đầy và duy trì thể tích, tích hợp cơ học và đảm bảo tính thấm của tế bào và mạch máu. Thứ hai - cung cấp tác động trực tiếp hoặc gián tiếp lên các dạng tế bào, kích thích chúng hình thành sụn và/hoặc mô xương.

Nguyên tắc quan trọng tiếp theo cho sự thành công của kỹ thuật mô xương mục tiêu là sử dụng và/hoặc kích hoạt các tế bào nội sinh ngoại sinh có liên quan trực tiếp đến quá trình tạo ra mô này. Trong trường hợp này, nguồn tế bào như vậy có thể là từ cơ thể của chính mình hoặc của người hiến tặng. Ví dụ, việc sử dụng các loại tế bào cụ thể, từ tế bào mô đệm tủy xương đa năng đến các tế bào giống nguyên bào xương chuyên biệt, đã được sử dụng thành công cả trong các thí nghiệm trên động vật và trong phòng khám.

Theo nguyên tắc, sau khi được cấy ghép lại vào cơ thể, các tế bào tiền thân mô đệm có thể biệt hóa thành dạng trưởng thành, tổng hợp chất nền và kích hoạt một loạt các phản ứng sửa chữa mô xương nội sinh. Đồng thời, một quan điểm khác về việc sử dụng vật liệu sinh học tổng hợp liên quan đến tác động trực tiếp của chúng lên xương nội sinh và các tế bào mô liên kết khác, việc thu hút (thu hút) chúng đến vùng cấy ghép, kích thích sự tăng sinh và tăng hoạt động sinh tổng hợp của chúng, buộc chúng phải tế bào tích cực hình thành mô xương. Ngoài ra, những vật liệu như vậy có thể là chất mang tế bào tốt để có thể phát triển tế bào gốc trước khi cấy ghép. Chìa khóa cuối cùng dẫn đến sự thành công của kỹ thuật mô xương là việc sử dụng các phân tử hoạt tính sinh học, bao gồm các yếu tố tăng trưởng, cytokine, hormone và các chất hoạt tính sinh học khác.

Để kích thích sự hình thành xương, điều quan trọng nhất là yếu tố đã biết là các protein di truyền hình thái xương, yếu tố tăng trưởng biến đổi - TGF-β, yếu tố tăng trưởng giống insulin IGF và yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu VEGF. Do đó, vật liệu tổng hợp sinh học có thể được bão hòa và/hoặc chứa các phân tử hoạt tính sinh học này trong cấu trúc của nó, cho phép sử dụng nó cho cấy vào làm kho chứa các chất đó. Việc giải phóng dần dần các yếu tố này có thể ảnh hưởng tích cực đến quá trình phục hồi xương. Ngoài các chất này, vật liệu composite có thể bao gồm các nguyên tố vi lượng và vĩ mô, cũng như các phân tử khác (đường, peptide, lipid, v.v.) có thể kích thích và duy trì hoạt động sinh lý gia tăng của tế bào trong quá trình phục hồi mô xương.

Hiện nay, có một số lượng lớn các vật liệu nhựa sinh học khác nhau có đặc tính dẫn xương và/hoặc cảm ứng xương. Do đó, các vật liệu chứa hydroxyapatite (HA) gần như tinh khiết, như Osteogaf, Bio-Oss, Osteomin, Ostim, chủ yếu thể hiện các đặc tính dẫn điện, mặc dù chúng có khả năng tạo ra hiệu ứng cảm ứng xương yếu. Một nhóm vật liệu khác bao gồm mô xương được khử khoáng hoàn toàn hoặc một phần, cũng như sự kết hợp của các vật liệu này với các hoạt chất sinh học, chẳng hạn như protein hình thái xương và/hoặc các yếu tố tăng trưởng [Panasyuk A.F. và cộng sự, 2004].

Các yêu cầu quan trọng nhất đối với vật liệu nhựa sinh học vẫn là các thông số như đặc tính kháng nguyên và cảm ứng của chúng. Ngoài ra, đối với các loại Các hoạt động thường yêu cầu vật liệu cùng với các chỉ số trên có đặc tính dẻo hoặc chịu lực tốt để tạo và duy trì hình dạng, cấu hình cần thiết khi trám các lỗ sâu răng và các khuyết tật mô.

Có tính đến tất cả những điều trên, công ty "Conectbiopharm" LLC đã phát triển một công nghệ sản xuất collagen xương và glycosaminoglycans sunfat hóa xương (sGAG) và dựa trên chúng, các vật liệu dẻo xương tổng hợp sinh học thuộc dòng "Biomatrix" và "Osteomatrix" đã được sản xuất . Sự khác biệt chính giữa các nhóm vật liệu sinh học này là “Biomatrix” chứa collagen xương và glycosaminoglycans sunfat trong xương, và “Osteomatrix”, có cùng hai thành phần chính của mô xương, cũng chứa hydroxyapatite ở dạng tự nhiên [Panasyuk A. F. và cộng sự, 2004]. Nguồn gốc của những vật liệu sinh học này là xương xốp và vỏ não của nhiều loài động vật khác nhau, cũng như của con người. Collagen xương thu được bằng công nghệ này không chứa các protein khác và trong điều kiện in vitro, thực tế không hòa tan trong dung dịch kiềm và axit hữu cơ đậm đặc.

Đặc tính này cho phép vật liệu sinh học không chỉ trơ khi so sánh với hệ miễn dịch cơ thể, mà còn có khả năng chống phân hủy sinh học trong một thời gian dài sau khi cấy ghép. Hiện nay, phương pháp kích thích tế bào bằng huyết tương giàu tiểu cầu (PRP) được sử dụng tích cực để đẩy nhanh quá trình phát triển của xương và mô mềm. Theo một số tác giả, công nghệ sinh học mới này của kỹ thuật mô nhắm mục tiêu và liệu pháp tế bào là một bước đột phá thực sự trong thực hành phẫu thuật. Tuy nhiên, để có được huyết tương như vậy, cần phải có một số thiết bị kỹ thuật nhất định và trong một số trường hợp phải có nhân viên được đào tạo đặc biệt. Việc sử dụng vật liệu Biomatrix cho những mục đích này sẽ giải quyết hoàn toàn vấn đề thực sự với chi phí tối thiểu vì không cần phải tách tiểu cầu khỏi máu bệnh nhân. Trong một loạt thí nghiệm, chúng tôi đã chứng minh được rằng vật liệu Biomatrix có khả năng đặc biệt số lượng lớn liên kết tiểu cầu máu ngoại vi (Bảng 1).

Bảng 1. Liên kết tiểu cầu trong máu bằng collagen của xương.

* - 6 ml máu ủ với 1 gam collagen xương (1 gam collagen xương khô chiếm thể tích từ 2 đến 7 cm³ tùy theo độ xốp của nó). Dữ liệu trong bảng được trình bày dưới dạng hàm lượng tiểu cầu trong 1 ml máu sau khi đi qua 1 cm³ collagen xương.

Như vậy, 1 cm³ vật liệu sinh học Biomatrix có khả năng liên kết hầu hết tất cả tiểu cầu (hơn 90%) từ 1 ml máu, tức là từ 226 đến 304 triệu tiểu cầu. Trong trường hợp này, sự liên kết của tiểu cầu bằng collagen xương diễn ra nhanh chóng và hoàn thành trong vòng vài phút (biểu đồ 1).

Biểu đồ 1. Tỷ lệ gắn kết của tiểu cầu với collagen của xương.

Người ta cũng phát hiện ra rằng nếu vật liệu sinh học Biomatrix được sử dụng mà không phủ chất chống đông máu thì sự hình thành cục máu đông gần như xảy ra ngay lập tức. Hiện nay người ta đã chứng minh rằng nồng độ hoạt động của huyết tương giàu tiểu cầu bắt đầu từ 1 triệu tiểu cầu trên mỗi μl.Do đó, để thu được huyết tương giàu tiểu cầu, tiểu cầu trong máu phải được cô đặc trung bình 5 lần, nhưng việc cách ly như vậy đòi hỏi cả chi phí tài chính và chi phí đáng kể. chắc chắn kinh nghiệm chuyên môn. Ngoài ra, để hoạt hóa tiểu cầu và giải phóng 7 yếu tố tăng trưởng: 3 loại PDGF-aa, -bb, -ab, hai yếu tố tăng trưởng chuyển dạng - TGF-β1 và β2, yếu tố tăng trưởng nội mô mạch máu VEGF và yếu tố tăng trưởng biểu mô EGF - giàu Huyết tương phải có đông tụ bằng tiểu cầu trước khi sử dụng. So với các phương pháp đã biết, vật liệu sinh học "Biomatrix" có thể làm tăng đáng kể nồng độ tiểu cầu. Đồng thời, collagen chính xác là loại protein có thể kích hoạt yếu tố Hageman (yếu tố đông máu XII) và hệ thống bổ sung.

Được biết, yếu tố Hageman được kích hoạt sẽ gây ra một loạt phản ứng trong hệ thống đông máu và dẫn đến hình thành cục máu đông fibrin. Yếu tố này hoặc các mảnh của nó cũng có thể kích hoạt hệ thống kallikrein-kinin của máu. Do đó, collagen xương trong thành phần của vật liệu Biomatrix và Osteomatrix có khả năng kích hoạt hệ thống phân giải protein huyết tương chính, có nhiệm vụ duy trì cân bằng huyết động và đảm bảo các phản ứng tái tạo của cơ thể. Không giống như huyết tương giàu tiểu cầu, bản thân nó không có tác dụng tạo xương, tức là không thể bắt đầu quá trình hình thành xương nếu không có sự hiện diện của tế bào xương, vật liệu Biomatrix và Osteomatrix có tiềm năng như vậy.

Do đó, với việc cấy ghép các vật liệu sinh học “Biomatrix” và đặc biệt là “Osteomatrix” vào cơ, mô xương ngoài tử cung được hình thành, điều này trực tiếp chứng minh hoạt động tạo xương của các vật liệu này [Ivanov S.Yu. và cộng sự, 2000]. Việc sử dụng kết hợp huyết tương giàu tiểu cầu với protein hình thái xương tái tổ hợp, có thể kích thích các tế bào mô liên kết hình thành mô xương, sẽ giải quyết được vấn đề. vấn đề này, nhưng điều này dẫn đến sự gia tăng đáng kể chi phí của kỹ thuật. Cũng cần lưu ý rằng các vật liệu thuộc dòng "Osteomatrix" có chứa hydroxyapatite xương tự nhiên, có khả năng tích lũy ái lực trên các protein hình thái xương bề mặt của nó được tổng hợp bởi các nguyên bào xương, và do đó còn kích thích quá trình tạo xương ("cảm ứng tạo xương").

Đồng thời, sự phản đối về khả năng phát triển khối u do sử dụng protein tái tổ hợp được loại bỏ hoàn toàn vì trong trường hợp ứng dụng tương tự vật liệu "Biomatrix" và "Osteomatrix" chỉ có protein tự nhiên trong vùng cấy ghép nguồn gốc tự nhiên. Các vật liệu thuộc dòng "Biomatrix" và "Osteomatrix" cũng có một đặc tính độc đáo khác - chúng có thể liên kết các glycosaminoglycan sunfat với ái lực [Panasyuk A.F., Savashchuk D.A., 2007]. Sự liên kết này, trong các điều kiện tương tự như liên kết tiểu cầu, xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn và lượng glycosaminoglycan sunfat liên kết vượt quá đáng kể các thông số sinh lý (Bảng 2).

Bảng 2. Liên kết glycosaminoglycan sunfat bằng collagen xương.

Hiện nay người ta đã biết rõ rằng, khi được sử dụng riêng biệt, cả collagen và hydroxyapatite đều có đặc tính dẫn truyền xương chủ yếu, nghĩa là chúng chỉ có thể đóng vai trò là vật liệu “hỗ trợ” cho việc tạo ra xương mới. Tuy nhiên, những phân tử này cũng có thể có tác dụng tạo xương yếu đối với các tế bào nguyên bào xương do một số đặc tính sinh học của chúng.

Hiệu ứng tạo xương này được tăng cường bằng cách sử dụng kết hợp hai loại phân tử này. Mặt khác, nếu cùng với collagen và hydroxyapatite, glycosaminoglycan sunfat cũng có trong vật liệu sinh học, thì phức hợp như vậy trong cấu trúc của nó sẽ gần với ma trận xương tự nhiên hơn và do đó, có các đặc tính chức năng ở mức độ lớn hơn. đầy đủ. Vì vậy, người ta biết rằng glycosaminoglycan sunfat ảnh hưởng đến nhiều chỉ số chuyển hóa mô liên kết.

Chúng có thể làm giảm hoạt động của các enzyme phân giải protein, ngăn chặn tác dụng hiệp đồng của các enzyme và gốc oxy này trên ma trận gian bào, ngăn chặn sự tổng hợp các chất trung gian gây viêm bằng cách che dấu các yếu tố quyết định kháng nguyên và hủy bỏ hóa trị, ngăn ngừa quá trình apoptosis của tế bào gây ra bởi các yếu tố gây tổn hại. như làm giảm tổng hợp lipid và do đó ngăn chặn quá trình thoái hóa. Ngoài ra, các hợp chất này còn tham gia trực tiếp vào việc xây dựng các sợi collagen và toàn bộ ma trận gian bào.

Trong giai đoạn đầu của tổn thương mô liên kết, chúng đóng vai trò là người khởi xướng việc tạo ra một ma trận tạm thời và giúp ngăn chặn sự phân hủy của mô liên kết và hình thành sẹo thô, sau đó đảm bảo thay thế nhanh hơn bằng mô liên kết thông thường. một cơ quan nhất định [Panasyuk A.F. và cộng sự, 2000]. Thật không may, vai trò của glycosaminoglycan sunfat trong việc điều hòa quá trình tạo xương chưa được nghiên cứu đầy đủ, tuy nhiên, người ta đã chứng minh rằng ứng cử viên chính cho vai trò gây ra sự tạo xương ngoài tử cung trong hệ thống mô hình là proteoglycan được tiết ra bởi các tế bào biểu mô bàng quang [Fridenshtein A .Ya., Lalykina K.S., 1972] .

Các tác giả khác có chung quan điểm, tin rằng proteoglycan là một trong những yếu tố của vi môi trường cơ địa điều hòa quá trình tạo máu và sự hình thành mô học khác của các dẫn xuất trung mô. Ngoài ra, người ta đã chứng minh rằng trong điều kiện in vitro và in vivo, chondroitin sulfate có tác dụng rõ rệt đến quá trình khoáng hóa xương.Do đó, chúng tôi nhận thấy rằng khi vật liệu Osteomatrix tiếp xúc với môi trường nuôi cấy tế bào sụn của con người, các đặc tính chondrogen của chúng được tạo ra . Dưới ảnh hưởng của vật liệu, tế bào sụn của con người đã hình thành các cấu trúc mô hình trong nuôi cấy, trong đó sự lắng đọng phốt phát và khoáng hóa của ma trận xương xảy ra trong quá trình hóa thạch của nó.

Hơn nữa, người ta phát hiện ra rằng sau khi cấy các vật liệu sinh học “Biomatrix”, “Allomatrix-implant” và “Osteomatrix” vào thỏ, xương lạc chỗ được hình thành và sau đó được đưa vào tủy xương. Ngoài ra, những vật liệu này đã được sử dụng thành công làm vật liệu mang để cấy ghép tế bào gốc tổ tiên mô đệm [Ivanov S.Yu. và cộng sự, 2000]. Cho đến nay, những vật liệu này đã được công nhận trong cả thực hành nha khoa và chỉnh hình [Ivanov S.Yu. và cộng sự, 2000, Lekishvili M.V. và cộng sự, 2002, Grudyanov A.I. và cộng sự, 2003, Asnina S.A. và cộng sự, 2004, Vasiliev M. G. và cộng sự, 2006]. Chúng đã được sử dụng với hiệu quả cao trong các trường hợp tạo xương bất toàn, phục hình bàn tay, phẫu thuật điều trị bệnh nha chu và loại bỏ khuyết tật xương hàm. Những vật liệu sinh học này, nhờ công nghệ sản xuất phát triển, cho đến nay là vật liệu duy nhất trên thế giới bảo tồn gần như hoàn toàn cấu trúc collagen và khoáng chất của xương tự nhiên, nhưng đồng thời những vật liệu này hoàn toàn không có tính kháng nguyên.

Ưu điểm lớn nhất của các vật liệu sinh học này là chúng chứa glycosaminoglycan sunfat trong xương, có ái lực liên kết với collagen và hydroxyapatite, giúp phân biệt rõ ràng chúng với các chất tương tự có sẵn trên thế giới và tăng cường đáng kể khả năng tạo xương của chúng. Do đó, dữ liệu thực nghiệm và lâm sàng được trình bày thực sự chứng minh rằng, dựa trên các nguyên tắc hiện đại của kỹ thuật mô, vật liệu tổng hợp sinh học trong nước dựa trên collagen xương, glycosaminoglycan sunfat và hydroxyapatite đã được phát triển và đưa vào thực hành lâm sàng. Những vật liệu sinh học thế hệ mới hiện đại, hiệu quả và an toàn này mở ra triển vọng rộng lớn trong việc giải quyết nhiều vấn đề về phục hồi mô xương trong chấn thương và chỉnh hình cũng như trong nhiều lĩnh vực thực hành phẫu thuật khác.

Điện đồ (Hình 1) cho thấy các chế phẩm collagen của xương là một mạng lưới gồm các bó và sợi có trật tự. Đồng thời, bản thân các sợi được bó chặt thành bó bậc hai, không bị đứt hoặc khuyết tật. Về hình thức, vật liệu này có cấu trúc tế bào xốp cổ điển, hoàn toàn tương ứng với kiến ​​trúc của vật liệu bản địa. xương xốp và không có mạch, protein, tạp chất cơ học và các tạp chất khác. Kích thước lỗ chân lông dao động từ 220 đến 700 micron.

Chúng tôi đã đánh giá khả năng tương thích sinh học của collagen xương bằng các xét nghiệm tiêu chuẩn khi chúng được cấy dưới da chuột Wistar. Sử dụng phân tích mô-hình thái và kính hiển vi điện tử quét, người ta thấy rằng collagen của xương, sau một tháng rưỡi ở trong cơ thể người nhận, thực tế không bị phá hủy và vẫn giữ nguyên cấu trúc.

Hình 1. Hình 2.

Như có thể thấy trong Hình 2, các lỗ chân lông, bè xương và tế bào của collagen xương được cấy ghép được lấp đầy một phần bằng CT dạng sợi lỏng lẻo, các sợi của chúng được kết hợp yếu với mô cấy. Có thể thấy rõ rằng một lớp sợi nhỏ được hình thành xung quanh nó, và trong bản thân bộ phận cấy ghép có sự hiện diện của một số lượng nhỏ các thành phần tế bào, trong đó chủ yếu là nguyên bào sợi. Điều đặc biệt là mô cấy không được hợp nhất với các mô da xung quanh trong suốt gần như toàn bộ chiều dài của nó. Những kết quả này cho thấy rõ ràng khả năng chống phân hủy sinh học cao của vật liệu này và tính trơ sinh học hoàn toàn của mô liên kết xung quanh liên quan đến nó.

Chúng tôi đã tiến hành các nghiên cứu về tác dụng của vật liệu sinh học “Biomatrix”, “Allomatrix-implant” và “Osteomatrix” đối với việc nắn xương trên mô hình cắt xương từng đoạn bằng các phương pháp được chấp nhận rộng rãi (Katthagen B.D., Mittelmeeir H., 1984; Schwarz N. et.al. , 1991). Thí nghiệm sử dụng thỏ Chinchilla nặng 1,5-2,0 kg, được phẫu thuật cắt xương từng phần bán kính dưới gây mê tĩnh mạch.

Hai tháng sau phẫu thuật, sự hình thành mô xương mới được ghi nhận ở vùng cấy ghép. Trong bộ lễ phục. 3 là kết quả của nghiên cứu mô hình học của vật liệu cấy ghép Allomatrix sau 2 tháng. sau khi hoạt động. Ở vùng gần nhất của khuyết tật, có thể nhìn thấy mô xương non phát triển tốt. Các nguyên bào xương nằm liền kề với các thanh xương với số lượng lớn.

Trong chất kẽ, các tế bào xương được tìm thấy trong các lỗ khuyết, các sợi collagen dày đặc được hình thành trong chất xương mới. Chất kẽ với các tế bào hoạt động được phát triển tốt. Khu vực cấy ghép (trên và bên trái) đang được tích cực xây dựng lại.

Nói chung, có sự trưởng thành nhanh chóng của mô xương xung quanh khu vực cấy ghép.

Ngoài ra, hóa ra cấu trúc tế bào xốp của collagen xương không chỉ giúp duy trì thể tích ở vùng khuyết tật do đặc tính đàn hồi của nó mà còn là cơ hội tối ưu cho sự xâm nhập của các tế bào mô liên kết vào đó, sự phát triển của máu. mạch máu và hình thành xương khi thay thế khiếm khuyết này.

Gửi công việc tốt của bạn trong cơ sở kiến ​​thức thật đơn giản. Sử dụng mẫu dưới đây

Các sinh viên, nghiên cứu sinh, các nhà khoa học trẻ sử dụng nền tảng kiến ​​thức trong học tập và công việc sẽ rất biết ơn các bạn.

Đăng trên http://www.allbest.ru/

Đăng trên http://www.allbest.ru/

Makeevskaya trường công lập Giai đoạn I – III số 72

Chủ đề: Kỹ thuật mô trong y học

Hoàn thành:

Shujaullah Kamil

Giới thiệu

1.1 Tế bào sơ cấp

1.2 Tế bào gốc

3.2 In sinh học 3D

4. Phát triển mô

4.7 Tủy xương

5. Tu luyện nội tạng

5.1 Bàng quang

5.2 Khí quản

5.4 Gan

5.5 Trái tim

5.6 Phổi

Phần kết luận

Ứng dụng

Giới thiệu

Một trong những lĩnh vực công nghệ sinh học liên quan đến việc tạo ra các chất thay thế sinh học cho các mô và cơ quan là kỹ thuật mô (TI).

Kỹ thuật mô là việc tạo ra các mô và cơ quan mới để tái tạo trị liệu cho một cơ quan bị tổn thương bằng cách cung cấp các cấu trúc, tế bào, tín hiệu phân tử và cơ học hỗ trợ để tái tạo đến khu vực mong muốn.

Hiện nay, kỹ thuật mô đang bắt đầu được sử dụng trong thực hành lâm sàng để điều trị bệnh thoái hóa và khiếm khuyết phát triển; cho các vết bỏng và vết thương, cho bệnh thận ứ nước và niệu quản muộn, cũng như cho các phẫu thuật nha khoa và thẩm mỹ.

Những phát triển hiện đại trong y sinh học và đặc biệt là kỹ thuật mô; có thể được sử dụng để nâng cao hiệu quả điều trị khi khôi phục các mô có chức năng quan trọng bị mất.

1. Tế bào cho kỹ thuật mô

Hầu hết yếu tố quan trọng thành công là sự hiện diện của số lượng tế bào hoạt động chức năng cần thiết có khả năng biệt hóa, duy trì kiểu hình thích hợp và thực hiện các chức năng sinh học cụ thể. Nguồn tế bào có thể là các mô của cơ thể và Nội tạng. Có thể sử dụng các tế bào thích hợp từ bệnh nhân cần điều trị tái tạo hoặc từ người thân (tế bào tự sinh). Có thể sử dụng các tế bào có nguồn gốc khác nhau, bao gồm cả tế bào sơ cấp và tế bào gốc.

1.1 Tế bào sơ cấp

Tế bào sơ cấp là tế bào trưởng thành của một mô cụ thể có thể được lấy trực tiếp từ sinh vật hiến tặng (ex vivo) bằng phẫu thuật. Nếu các tế bào sơ cấp được lấy từ một sinh vật hiến tặng cụ thể và sau đó cần phải cấy các tế bào này vào cơ thể đó với tư cách là cơ quan nhận thì khả năng đào thải mô được cấy ghép sẽ bị loại bỏ, vì khả năng tương thích miễn dịch tối đa có thể có của các tế bào sơ cấp và người nhận có mặt. Tuy nhiên, theo quy luật, các tế bào sơ cấp không có khả năng phân chia - khả năng sinh sản và phát triển của chúng thấp.

Khi nuôi cấy các tế bào như vậy trong ống nghiệm (thông qua kỹ thuật mô), sự mất biệt hóa, nghĩa là mất đi các đặc tính cụ thể, riêng lẻ, có thể xảy ra đối với một số loại tế bào. Ví dụ, tế bào sụn được nuôi cấy bên ngoài cơ thể thường tạo ra sụn dạng sợi hơn là sụn trong suốt.

Vì các tế bào sơ cấp không thể phân chia và có thể mất đi các đặc tính cụ thể của chúng nên cần có nguồn tế bào thay thế để phát triển các công nghệ kỹ thuật tế bào. Tế bào gốc đã trở thành một sự thay thế như vậy.

1.2 Tế bào gốc

Tế bào gốc là những tế bào chưa biệt hóa, có khả năng phân chia, tự làm mới và biệt hóa thành nhiều loại tế bào chuyên biệt dưới tác động của các kích thích sinh học cụ thể.

Tế bào gốc được chia thành “trưởng thành” và “phôi”

Nguồn tế bào gốc “người lớn” là máu cuống rốn được thu thập sau khi trẻ chào đời. Máu này rất giàu tế bào gốc. Bằng cách lấy máu này từ dây rốn của trẻ và đặt vào ngân hàng lạnh (kho lưu trữ đặc biệt), tế bào gốc sau này có thể được sử dụng để phục hồi hầu hết mọi mô và cơ quan của cá thể này. Cũng có thể sử dụng các tế bào gốc này để điều trị cho các bệnh nhân khác, miễn là chúng tương thích với kháng nguyên. Các nhà khoa học Mỹ đã thu được tế bào gốc từ nhau thai người (ở đó số lượng của chúng lớn gấp 10 lần trong máu dây rốn), có khả năng chuyển hóa thành tế bào da, máu, cơ và thần kinh.

Nguồn gốc của một loại tế bào gốc khác - tế bào gốc phôi thai, là vật liệu phá thai từ tuần thứ 9-12 của thai kỳ. Nguồn này cho đến nay được sử dụng thường xuyên nhất. Nhưng ngoài những căng thẳng về đạo đức và pháp lý, tế bào bào thai đôi khi có thể gây ra tình trạng đào thải bộ phận cấy ghép. Ngoài ra, việc sử dụng các chất phá thai chưa được kiểm nghiệm có nguy cơ lây nhiễm cho bệnh nhân. viêm gan siêu vi, AIDS, cytomegalovirus, v.v.

Để chỉ đạo tổ chức, duy trì sự phát triển và biệt hóa của các tế bào trong quá trình tái tạo các mô bị tổn thương, cần có một chất mang tế bào đặc biệt - một ma trận, là một mạng ba chiều tương tự như miếng bọt biển hoặc đá bọt (Hình bổ sung 3). Để tạo ra chúng, người ta sử dụng vật liệu tổng hợp trơ về mặt sinh học, vật liệu dựa trên polyme tự nhiên (chitosan, alginate, collagen) và vật liệu tổng hợp sinh học. Ví dụ, chất tương đương của mô xương thu được bằng cách biệt hóa trực tiếp các tế bào gốc từ tủy xương, máu dây rốn hoặc mô mỡ thành các nguyên bào xương, sau đó áp dụng vào các vật liệu khác nhau hỗ trợ sự phân chia của chúng (ví dụ, xương của người hiến tặng, ma trận collagen, v.v.). ).

2. Các công đoạn tạo cơ quan nhân tạo

Ngày nay, một trong những chiến lược kỹ thuật mô như sau:

1. Lựa chọn và nuôi cấy vật liệu tế bào của chính mình hoặc của người hiến tặng.

Vật liệu tế bào có thể được đại diện bởi các tế bào của mô tái sinh hoặc tế bào gốc.

Ở giai đoạn đầu tiên, vật liệu tế bào của chính mình hoặc của người hiến tặng được chọn (sinh thiết), các tế bào đặc hiệu của mô được phân lập và nuôi cấy. Cấu trúc hoặc mảnh ghép được tạo ra từ mô bao gồm, ngoài việc nuôi cấy tế bào, một chất mang đặc biệt (ma trận)

2. Phát triển chất mang đặc biệt cho tế bào (ma trận) dựa trên vật liệu tương thích sinh học

Ma trận có thể được làm từ nhiều vật liệu tương thích sinh học khác nhau. Để tạo ra ma trận ghép, vật liệu tổng hợp trơ về mặt sinh học, vật liệu dựa trên polyme tự nhiên (chitosan, alginate, collagen), cũng như vật liệu tổng hợp sinh học được sử dụng. Ví dụ, các chất tương đương của mô xương thu được bằng cách biệt hóa trực tiếp tế bào gốc từ tủy xương, máu dây rốn hoặc mô mỡ. Các tế bào của môi trường nuôi cấy thu được sẽ được áp dụng vào nền. kỹ thuật mô cơ quan phát triển

3. Ứng dụng nuôi cấy tế bào vào chất nền và tăng sinh tế bào trong lò phản ứng sinh học với điều kiện nuôi cấy đặc biệt

Nơi văn hóa được ủ trong một thời gian nhất định. Các lò phản ứng sinh học đầu tiên được tạo ra để sản xuất mô gan nhân tạo.

4. Đưa trực tiếp mảnh ghép vào khu vực của cơ quan bị ảnh hưởng hoặc đặt sơ bộ vào khu vực được cung cấp đầy đủ máu để trưởng thành và hình thành vi tuần hoàn bên trong mảnh ghép (đúc sẵn)

Vật liệu sinh học được sử dụng để thu được ma trận phải có tính trơ về mặt sinh học và sau khi ghép (chuyển vào cơ thể), đảm bảo định vị vật liệu tế bào được áp dụng cho chúng ở một vị trí cụ thể. Hầu hết các vật liệu sinh học kỹ thuật mô đều dễ dàng bị phá hủy (tái hấp thu) trong cơ thể và được thay thế bằng các mô của chính nó. Trong trường hợp này, các sản phẩm trung gian không được hình thành gây độc hại, làm thay đổi độ pH của mô hoặc làm suy giảm sự phát triển và biệt hóa. nuôi cấy tế bào. Những vật liệu không thể hấp thụ hầu như không bao giờ được sử dụng, bởi vì chúng hạn chế hoạt động tái tạo, gây ra sự hình thành quá mức của mô liên kết, gây ra phản ứng với vật thể lạ (đóng gói)

Các sản phẩm da sống tương đương chứa tế bào da của người hiến tặng hoặc của chính mình hiện đang được sử dụng rộng rãi ở Mỹ, Nga và Ý. Những thiết kế này có thể cải thiện khả năng chữa lành các bề mặt bỏng rộng. Sự phát triển của mảnh ghép cũng được thực hiện trong tim mạch (van tim nhân tạo, tái tạo các mạch lớn và mạng lưới mao mạch); để phục hồi các cơ quan hô hấp (thanh quản, khí quản và phế quản), ruột non, gan, hệ tiết niệu, tuyến nội tiết và tế bào thần kinh. Các hạt nano kim loại trong kỹ thuật mô được sử dụng để kiểm soát sự phát triển của tế bào bằng cách cho chúng tiếp xúc với từ trường theo các hướng khác nhau. Ví dụ, bằng cách này, có thể tạo ra không chỉ các cấu trúc tương tự của gan mà còn cả các cấu trúc phức tạp như các thành phần của võng mạc. Ngoài ra, vật liệu nanocompozit được tạo ra bằng phương pháp quang khắc chùm tia điện tử (EBL) cung cấp độ nhám bề mặt ở cấp độ nano của ma trận để hình thành cấy ghép xương một cách hiệu quả. Việc tạo ra các mô và cơ quan nhân tạo sẽ loại bỏ nhu cầu cấy ghép hầu hết các cơ quan của người hiến tặng và sẽ cải thiện chất lượng cuộc sống và khả năng sống sót của bệnh nhân.

3. Các phương pháp cơ bản của kỹ thuật mô

3.1 Mô phỏng cơ quan sinh vật tự nhiên

Phát sinh cơ quan là quá trình hình thành cơ quan trong quá trình phát triển phôi

Sự hình thành cơ quan đi kèm với sự biệt hóa của tế bào, mô, sự phát triển có chọn lọc và không đồng đều của từng cơ quan và bộ phận của cơ thể, tiếp tục ở thời kỳ ấu trùng và kết thúc ở thời kỳ non.

3.2 In sinh học 3D

Các công nghệ kỹ thuật mô đầy hứa hẹn đã mở ra khả năng tạo ra các mô và cơ quan sống trong phòng thí nghiệm, nhưng khoa học vẫn bất lực trong việc tạo ra các cơ quan phức tạp. Tuy nhiên, gần đây, các nhà khoa học do Tiến sĩ Gunter Tovar từ Hiệp hội Fraunhofer ở Đức dẫn đầu đã đạt được bước đột phá lớn trong lĩnh vực kỹ thuật mô - họ đã phát triển công nghệ tạo mạch máu. Nhưng dường như không thể tạo ra các cấu trúc mao mạch một cách nhân tạo, vì chúng phải dẻo, đàn hồi, hình dạng nhỏ, đồng thời tương tác với các mô tự nhiên. Thật kỳ lạ, họ đã đến giải cứu công nghệ sản xuất- phương pháp tạo mẫu nhanh (nói cách khác là in 3D). Điều này có nghĩa là một mô hình 3D phức tạp (trong trường hợp của chúng tôi là mạch máu) được in trên máy in phun 3D bằng cách sử dụng “mực” đặc biệt. Máy in gửi vật liệu theo từng lớp và ở một số nơi, các lớp được liên kết hóa học. Tuy nhiên, chúng tôi lưu ý rằng đối với những mao mạch nhỏ nhất, máy in 3D vẫn chưa đủ chính xác. Về vấn đề này, phương pháp trùng hợp đa photon được sử dụng trong ngành công nghiệp polymer đã được áp dụng. Các xung laser ngắn, cường độ cao xử lý vật liệu sẽ kích thích các phân tử mạnh đến mức chúng tương tác với nhau, liên kết với nhau thành chuỗi dài. Bằng cách này, vật liệu polyme hóa và trở nên cứng nhưng đàn hồi, giống như vật liệu tự nhiên. Những phản ứng này có thể kiểm soát được đến mức chúng có thể được sử dụng để tạo ra các cấu trúc nhỏ nhất theo “bản thiết kế” ba chiều.

Và để các mạch máu được tạo ra gắn với các tế bào của cơ thể, các cấu trúc sinh học đã được sửa đổi (ví dụ, heparin) và các protein “neo” được tích hợp vào chúng trong quá trình sản xuất mạch. Ở giai đoạn tiếp theo, các tế bào nội mô (một lớp tế bào phẳng một lớp lót bề mặt bên trong của mạch máu) được cố định trong hệ thống các “ống” được tạo ra - để các thành phần máu không dính vào thành mạch hệ thống mạch máu, nhưng được vận chuyển tự do dọc theo nó. Tuy nhiên, vẫn còn phải mất một thời gian nữa trước khi các cơ quan được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm với mạch máu của chính chúng có thể thực sự được cấy ghép.

Phát triển nội tạng trên ma trận hiến tặng hoặc xenological, phát triển nội tạng trên ma trận nhân tạo, xem đoạn 3

4. Phát triển mô

Nuôi cấy các mô đơn giản là một công nghệ đã tồn tại và được sử dụng trong thực tế.

Phục hồi những vùng da bị tổn thương đã là một phần của thực hành lâm sàng. Trong một số trường hợp, các phương pháp được sử dụng để tái tạo làn da của chính người đó, chẳng hạn như nạn nhân bị bỏng, thông qua các tác động đặc biệt. Ví dụ, điều này được phát triển bởi R.R. Vật liệu nhựa sinh học Rakhmatullin hyamatrix, hay còn gọi là biocol, được phát triển bởi nhóm do B.K. Gavrilyuk. Hydrogel đặc biệt cũng được sử dụng để nuôi dưỡng da tại chỗ bỏng.

Các phương pháp in các mảnh mô da bằng máy in đặc biệt cũng đang được phát triển. Ví dụ, việc tạo ra các công nghệ như vậy được thực hiện bởi các nhà phát triển từ các trung tâm y học tái tạo AFIRM và WFIRM của Hoa Kỳ.

Tiến sĩ Jorg Gerlach và các đồng nghiệp từ Viện Y học tái tạo tại Đại học Pittsburgh đã phát minh ra một thiết bị ghép da giúp mọi người chữa lành vết bỏng nhanh hơn mức độ khác nhau Trọng lực. Skin Gun phun dung dịch chứa tế bào gốc của chính nạn nhân lên vùng da bị tổn thương của nạn nhân. Hiện tại, phương pháp điều trị mới đang ở giai đoạn thử nghiệm, nhưng kết quả rất ấn tượng: vết bỏng nặng sẽ lành chỉ sau vài ngày.

Một nhóm nhân viên Đại học Columbia do Gordana Vunjak-Novakovic dẫn đầu đã thu được từ tế bào gốc được gieo vào khung một mảnh xương tương tự như một phần của khớp thái dương hàm Các nhà khoa học đến từ công ty Bonus Biogroup của Israel (người sáng lập và giám đốc điều hành - Pai Meretzky, Shai Meretzki đang phát triển các phương pháp phát triển xương người từ mô mỡ của bệnh nhân thu được thông qua hút mỡ. Xương phát triển theo cách này đã được cấy ghép thành công vào chân chuột.

Các nhà khoa học Ý từ Đại học Udine đã có thể chỉ ra rằng quần thể tế bào gốc trung mô thu được trong ống nghiệm từ một tế bào mô mỡ, ngay cả khi không có ma trận cấu trúc hoặc chất nền cụ thể, có thể được biệt hóa thành cấu trúc giống như mầm răng. .

Tại Đại học Tokyo, các nhà khoa học đã nuôi cấy răng hoàn chỉnh bằng xương răng và sợi liên kết từ tế bào gốc của chuột và cấy ghép thành công chúng vào hàm của động vật.

Các chuyên gia từ Trung tâm Y tế Trung tâm Y tế Đại học Columbia, dưới sự lãnh đạo của Jeremy Mao, đã khôi phục được sụn khớp cho thỏ.

Đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã loại bỏ những con vật mô sụn khớp vai, cũng như lớp mô xương bên dưới. Sau đó, ông đặt các giàn giáo collagen vào vị trí của các mô đã được loại bỏ.

Ở những động vật có khung chứa yếu tố tăng trưởng biến đổi, một loại protein kiểm soát sự biệt hóa và phát triển của tế bào, mô xương và sụn được hình thành trở lại trên xương cánh tay, và các cử động trong khớp đã được phục hồi hoàn toàn.

Một nhóm các nhà khoa học Mỹ đến từ Trường đại học của Texasat Austin đã đạt được tiến bộ trong việc tạo ra mô sụn với các đặc tính cơ học và thành phần ma trận ngoại bào khác nhau ở các khu vực khác nhau.

Năm 1997, bác sĩ phẫu thuật Jay Vscanti từ Bệnh viện Đa khoa Massachusetts ở Boston đã thành công trong việc nuôi cấy tai người trên lưng chuột bằng cách sử dụng tế bào sụn.

Các bác sĩ tại Đại học Johns Hopkins đã cắt bỏ một chiếc tai bị ảnh hưởng bởi khối u và một phần xương sọ của một phụ nữ 42 tuổi bị ung thư. Sử dụng mô sụn từ ngực Da và mạch máu lấy từ các bộ phận khác trên cơ thể bệnh nhân, họ nuôi một chiếc tai nhân tạo trên cánh tay của cô và sau đó cấy ghép nó vào đúng vị trí.

Các nhà nghiên cứu tại Viện Bách khoa Worcester (Mỹ) đã sửa chữa thành công vết thương cơ lớn ở chuột bằng cách nuôi và cấy các sợi siêu nhỏ làm từ protein polyme fibrin, được bao phủ bởi một lớp tế bào cơ của con người.

Các nhà khoa học Israel từ Viện Công nghệ Technion-Israel đang nghiên cứu mức độ cần thiết của quá trình tạo mạch và tổ chức mô trong ống nghiệm, cho phép cải thiện khả năng sống sót và tích hợp của mô cấy ghép cơ có mạch được tạo ra từ mô trong cơ thể người nhận.

Các nhà nghiên cứu từ Đại học Pierre và Marie Curie ở Paris, do Luc Douay đứng đầu, đã thử nghiệm thành công máu nhân tạo được nuôi cấy từ tế bào gốc trên người tình nguyện lần đầu tiên trên thế giới.

Mỗi người tham gia thí nghiệm nhận được 10 tỷ tế bào hồng cầu, tương đương với khoảng hai ml máu. Mức độ sống sót của các tế bào thu được tương đương với mức độ sống sót của các tế bào hồng cầu thông thường.

4.7 Tủy xương

Tủy xương nhân tạo, được thiết kế để sản xuất tế bào máu trong ống nghiệm, lần đầu tiên được tạo ra thành công bởi các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm kỹ thuật hóa học của Đại học Michigan do Nicholas Kotov đứng đầu. Với sự trợ giúp của nó, người ta đã có thể thu được tế bào gốc tạo máu và tế bào lympho B - tế bào của hệ thống miễn dịch tạo ra kháng thể

5. Phát triển các cơ quan phức tạp

5.1 Bàng quang

Tiến sĩ Anthony Atala và các đồng nghiệp của ông từ Đại học Wake Forest của Mỹ (Đại học Wake Forest) đang nuôi cấy bong bóng từ tế bào của chính bệnh nhân và cấy ghép chúng vào bệnh nhân.

Họ đã chọn một số bệnh nhân và lấy sinh thiết bàng quang từ họ - các mẫu sợi cơ và tế bào tiết niệu. Những tế bào này nhân lên trong vòng 7 đến 8 tuần trong đĩa petri trên đế hình bong bóng. Sau đó, các cơ quan phát triển theo cách này sẽ được khâu vào cơ thể bệnh nhân.

Quan sát bệnh nhân trong nhiều năm cho thấy các cơ quan hoạt động tốt, không có những tác động tiêu cực đặc trưng của các phương pháp điều trị cũ.

Trên thực tế, đây là lần đầu tiên một cơ quan khá phức tạp, thay vì các mô đơn giản như da và xương, được nuôi cấy nhân tạo trong ống nghiệm và cấy ghép vào cơ thể con người. Nhóm này cũng đang phát triển các phương pháp phát triển các mô và cơ quan khác.

5.2 Khí quản

Các bác sĩ phẫu thuật Tây Ban Nha đã thực hiện ca ghép khí quản đầu tiên trên thế giới, được nuôi cấy từ tế bào gốc của bệnh nhân Claudia Castillo, 30 tuổi.

Cơ quan này được phát triển tại Đại học Bristol bằng cách sử dụng giàn giáo sợi collagen của người hiến tặng.

Ca phẫu thuật được thực hiện bởi Giáo sư Paolo Macchiarini từ Bệnh viện Barcelona (Hospital Clínic de Barcelona).

Giáo sư Macchiarini tích cực cộng tác với các nhà nghiên cứu Nga, điều này giúp thực hiện các ca phẫu thuật cấy ghép khí quản đầu tiên được phát triển ở Nga.

Công nghệ tế bào tiên tiến năm 2002 đã báo cáo thành công trong việc nuôi cấy một quả thận hoàn chỉnh từ một tế bào lấy từ tai bò bằng công nghệ nhân bản để thu được tế bào gốc.

Sử dụng một chất đặc biệt, tế bào gốc được biến thành tế bào thận.

Mô này được nuôi cấy trên một giàn giáo làm bằng vật liệu tự hủy được tạo ra tại Trường Y Harvard và có hình dạng giống một quả thận bình thường. Những quả thận thu được có chiều dài khoảng 5 cm, được cấy vào một con bò gần các cơ quan chính.

Kết quả là thận nhân tạo bắt đầu sản xuất nước tiểu thành công.

5.4 Gan

Các chuyên gia Mỹ từ Bệnh viện Đa khoa Massachusetts, do Korkut Uygun đứng đầu, đã cấy ghép thành công gan được nuôi trong phòng thí nghiệm từ tế bào của chính họ vào một số con chuột.

Các nhà nghiên cứu đã loại bỏ gan của năm con chuột trong phòng thí nghiệm và loại bỏ chúng khỏi tế bào chủ, từ đó thu được các khung mô liên kết cho các cơ quan.

Sau đó, các nhà nghiên cứu đã tiêm khoảng 50 triệu tế bào gan lấy từ chuột nhận vào mỗi giàn trong số năm giàn giáo thu được. Trong vòng hai tuần, một lá gan hoạt động đầy đủ đã được hình thành trên mỗi giàn giáo chứa tế bào.

Sau đó, các cơ quan được nuôi trong phòng thí nghiệm đã được cấy ghép thành công vào năm con chuột.

5.5 Trái tim

Các nhà khoa học từ Bệnh viện Haafield của Anh, do Megdi Yacoub đứng đầu, lần đầu tiên trong lịch sử đã nuôi cấy được một phần của trái tim, sử dụng tế bào gốc làm “vật liệu xây dựng”. Các bác sĩ đã nuôi cấy mô hoạt động giống hệt như van tim chịu trách nhiệm điều khiển lưu lượng máu ở người. Các nhà khoa học từ Đại học Rostock (Đức) đã sử dụng công nghệ in tế bào Laser-Induced-Forward-Transfer (LIFT) để tạo ra một “miếng dán” dành cho việc tái tạo tim.

5.6 Phổi

Các nhà khoa học Mỹ từ Đại học Yale, do Laura Niklason đứng đầu, đã nuôi cấy phổi trong phòng thí nghiệm (trên ma trận ngoại bào của người hiến tặng). Ma trận chứa đầy các tế bào biểu mô phổi và lớp lót bên trong của mạch máu lấy từ những người khác. Bằng cách nuôi cấy trong lò phản ứng sinh học, các nhà nghiên cứu đã có thể phát triển phổi mới, sau đó cấy ghép vào một số con chuột. Cơ quan này hoạt động bình thường ở những người khác nhau từ 45 phút đến hai giờ sau khi cấy ghép. Tuy nhiên, sau đó, cục máu đông bắt đầu hình thành trong các mạch của phổi. Ngoài ra, các nhà nghiên cứu còn ghi nhận một lượng nhỏ máu rò rỉ vào lòng cơ quan. Tuy nhiên, lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu đã có thể chứng minh được tiềm năng của thuốc tái tạo trong ghép phổi.

Phần kết luận

Kỹ thuật tế bào (mô) là một nhánh của công nghệ sinh học sử dụng các phương pháp phân lập tế bào khỏi cơ thể, biến đổi chúng và phát triển chúng trong môi trường dinh dưỡng.

Một trong những lĩnh vực của công nghệ tế bào là sử dụng tế bào gốc để phục hồi các mô và cơ quan bị tổn thương. Trong điều kiện phòng thí nghiệm, có thể tái tạo và chuyên môn hóa thêm tế bào gốc. Điều này mở ra triển vọng cho việc nuôi cấy nhân tạo các mô và một số cơ quan của con người và động vật nhằm mục đích đưa chúng vào cơ thể sau này.

Một lĩnh vực khác của kỹ thuật tế bào là nhân bản sinh vật. Bản sao (từ bản sao Hy Lạp - nhánh, con cái) là một tập hợp các tế bào hoặc cá thể thu được từ một tổ tiên chung một cách vô tính; một bản sao bao gồm các tế bào hoặc sinh vật đồng nhất về mặt di truyền. Ở thực vật, nhân bản tự nhiên là phổ biến do sinh sản vô tính, đặc biệt là sinh dưỡng. Các nhà khoa học cũng đang sản xuất các bản sao nhân tạo của thực vật.

Ứng dụng

Đăng trên Allbest.ru

Tài liệu tương tự

Kỹ thuật di truyền: lịch sử nguồn gốc, đặc điểm chung, Ưu điểm và nhược điểm. Làm quen với các phương pháp mới nhất của kỹ thuật di truyền và việc sử dụng chúng trong y học. Phát triển công nghệ gen trong lĩnh vực chăn nuôi gia súc, gia cầm. Thí nghiệm trên chuột.

bài tập khóa học, được thêm vào ngày 11/07/2012


Sự xuất hiện của công nghệ sinh học. Các hướng chính của công nghệ sinh học. Năng lượng sinh học là một nhánh của công nghệ sinh học. Thành tựu thực tiễn của công nghệ sinh học. Lịch sử của kỹ thuật di truyền. Mục tiêu, phương pháp và enzyme của kỹ thuật di truyền. Thành tựu của kỹ thuật gen.

tóm tắt, được thêm vào ngày 23/07/2008


Việc sử dụng kỹ thuật di truyền như một công cụ công nghệ sinh học để kiểm soát tính di truyền của các sinh vật sống. Đặc điểm của các phương pháp và thành tựu chính của kỹ thuật di truyền trong y học và nông nghiệp, những nguy cơ và triển vọng liên quan.

báo cáo, bổ sung ngày 10/05/2011


Phương pháp nuôi cấy tế bào soma của người và động vật trên môi trường dinh dưỡng nhân tạo là điều kiện tiên quyết để phát triển kỹ thuật tế bào. Các giai đoạn của lai soma. Chuyển giao vật chất di truyền. Nguồn gốc của cây chuyển gen.

tóm tắt, được thêm vào ngày 23/01/2010


Khái niệm và phương pháp cơ bản của kỹ thuật di truyền. Phương pháp phân lập DNA bằng ví dụ về DNA plasmid. Nguyên lý hoạt động của hệ thống sửa đổi hạn chế. Chuyển và phát hiện gen nhân bản trong tế bào. Xây dựng và đưa các phân tử DNA tái tổ hợp vào tế bào.

tóm tắt, được thêm vào ngày 23/01/2010


Bản chất của kỹ thuật di truyền và tế bào. Nhiệm vụ chính của biến đổi gen thực vật, phân tích tác hại của việc tiêu thụ chúng làm thực phẩm. Đặc điểm lai giữa tế bào thực vật và động vật. Cơ chế tiếp nhận dược chất sử dụng kỹ thuật di truyền.

trình bày, được thêm vào ngày 26/01/2014


Cấy gen và các bộ phận DNA của loài này vào tế bào của sinh vật khác. Lịch sử của kỹ thuật di truyền. Thái độ đối với các sinh vật biến đổi gen trên thế giới. Giống GM mới. Công nghệ gen mang lại điều gì cho nhân loại? Triển vọng của kỹ thuật di truyền là gì?

trình bày, thêm vào ngày 24/02/2015


Lịch sử, mục tiêu và nền tảng của kỹ thuật di truyền; khía cạnh đạo đức sinh học. Các nhóm bệnh di truyền, chẩn đoán và điều trị của họ. Ứng dụng công nghệ gen trong thực hành y tế: vắc xin gen, liệu pháp gen, sản xuất thuốc.

tóm tắt, được thêm vào ngày 26/10/2011


Việc sử dụng các tế bào không tồn tại trong tự nhiên trong các quá trình công nghệ sinh học. Việc tách gen khỏi tế bào, thao tác với chúng và đưa chúng vào các sinh vật khác là cơ sở của các nhiệm vụ của kỹ thuật di truyền. Lịch sử của kỹ thuật di truyền. Vấn đề với các sản phẩm GMO

trình bày, được thêm vào ngày 21/02/2014


Điều kiện tiên quyết cho sự xuất hiện của di truyền học. Cơ sở của lý thuyết đột biến. Di truyền học là khoa học về di truyền: các quy luật ban đầu và sự phát triển của nó. Kỹ thuật di truyền: các khía cạnh nghiên cứu và kết quả thực tế. Nhân bản các cơ quan và mô.

Định nghĩa Một trong những lĩnh vực công nghệ sinh học liên quan đến việc tạo ra các chất thay thế sinh học cho các mô và cơ quan. Mô tả Việc tạo ra các chất thay thế mô sinh học (mảnh ghép) bao gồm một số giai đoạn: 1) lựa chọn và nuôi cấy vật liệu tế bào của chính mình hoặc của người hiến tặng; 2) phát triển chất mang đặc biệt cho tế bào (ma trận) dựa trên vật liệu tương thích sinh học; 3) áp dụng nuôi cấy tế bào vào chất nền và tăng sinh tế bào trong lò phản ứng sinh học với điều kiện nuôi cấy đặc biệt; 4) đưa trực tiếp mảnh ghép vào khu vực của cơ quan bị ảnh hưởng hoặc đặt sơ bộ vào khu vực được cung cấp đầy đủ máu để trưởng thành và hình thành vi tuần hoàn bên trong mảnh ghép (đúc sẵn). Vật liệu tế bào có thể được đại diện bởi các tế bào của mô tái sinh hoặc tế bào gốc. Để tạo ra ma trận ghép, vật liệu tổng hợp trơ về mặt sinh học, vật liệu dựa trên polyme tự nhiên (chitosan, alginate, collagen), cũng như vật liệu tổng hợp sinh học được sử dụng. Ví dụ, các chất tương đương của mô xương thu được bằng cách biệt hóa trực tiếp tế bào gốc từ tủy xương, máu dây rốn hoặc mô mỡ. Sau đó, các nguyên bào xương thu được sẽ được áp dụng vào các vật liệu khác nhau để hỗ trợ quá trình phân chia của chúng - xương của người hiến tặng, ma trận collagen, hydroxyapatite xốp, v.v. Các chất tương đương da sống chứa tế bào da của người hiến tặng hoặc của chính cơ thể hiện đang được sử dụng rộng rãi ở Mỹ, Nga và Ý. Những thiết kế này có thể cải thiện khả năng chữa lành các bề mặt bỏng rộng. Sự phát triển của mảnh ghép cũng được thực hiện trong tim mạch (van tim nhân tạo, tái tạo các mạch lớn và mạng lưới mao mạch); để phục hồi các cơ quan hô hấp (thanh quản, khí quản và phế quản), ruột non, gan, hệ tiết niệu, tuyến nội tiết và tế bào thần kinh. Việc sử dụng tế bào gốc được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực kỹ thuật mô, nhưng có những hạn chế cả về mặt đạo đức (tế bào gốc phôi) và di truyền (trong một số trường hợp, xảy ra sự phân chia ác tính của tế bào gốc). Nghiên cứu những năm gần đây cho thấy rằng với sự trợ giúp của các thao tác kỹ thuật di truyền, có thể thu được cái gọi là tế bào gốc đa năng (iPSc) từ nguyên bào sợi da, có tính chất và tiềm năng tương tự như tế bào gốc phôi. Các hạt nano kim loại trong kỹ thuật mô được sử dụng để kiểm soát sự phát triển của tế bào bằng cách cho chúng tiếp xúc với từ trường theo các hướng khác nhau. Ví dụ, bằng cách này, có thể tạo ra không chỉ các cấu trúc tương tự của gan mà còn cả các cấu trúc phức tạp như các thành phần của võng mạc. Vật liệu nanocompozit cũng cung cấp độ nhám bề mặt ở cấp độ nano của ma trận để hình thành cấy ghép xương hiệu quả bằng kỹ thuật quang khắc chùm tia điện tử (EBL). Việc tạo ra các mô và cơ quan nhân tạo sẽ loại bỏ nhu cầu cấy ghép hầu hết các cơ quan của người hiến tặng và sẽ cải thiện chất lượng cuộc sống và khả năng sống sót của bệnh nhân. tác giả

• Naroditsky Boris Savelievich, Tiến sĩ Khoa học Sinh học
• Nesterenko Lyudmila Nikolaevna, Tiến sĩ.

1. Công nghệ nano trong kỹ thuật mô / Nanomet. - URL: http://www.nanometer.ru/2007/10/16/tkanevaa_inzheneria_4860.html (ngày truy cập 12/10/2009)
2. Tế bào gốc / Wikipedia - bách khoa toàn thư miễn phí. URL: ttp://ru.wikipedia.org/wiki/Stem cell (ngày truy cập 12/10/2009)

từ điển bách khoa công nghệ nano. - Rusnano. 2010 .

Xem “kỹ thuật mô” là gì trong các từ điển khác:

kỹ thuật mô- Các phương pháp điều khiển tế bào cơ thể để hình thành mô mới hoặc biểu hiện các hoạt chất sinh học Đề tài Công nghệ sinh học EN kỹ thuật mô ... Hướng dẫn dịch thuật kỹ thuật

Thuật ngữ công nghệ sinh học Thuật ngữ trong tiếng Anh công nghệ sinh học Từ đồng nghĩa kỹ thuật y sinh Chữ viết tắt Thuật ngữ liên quan polyme phân hủy sinh học, hệ thống vi cơ điện tử y sinh, mô phỏng sinh học, vật liệu nano sinh học, ... ...

Thuật ngữ vật liệu nano mô phỏng sinh học Thuật ngữ bằng tiếng Anh vật liệu nano mô phỏng sinh học Từ đồng nghĩa của mô phỏng sinh học, mô phỏng sinh học Chữ viết tắt Thuật ngữ liên quan protein, polyme phân hủy sinh học, kỹ thuật sinh học, mô phỏng sinh học, khả năng tương thích sinh học, tương thích sinh học... ... Từ điển bách khoa về công nghệ nano

Vadim Sergeevich Repin Ngày sinh: 31/7/1936 (1936 07 31) (76 tuổi) Nơi sinh: Quốc gia Liên Xô ... Wikipedia

- (tiếng Latin nhau thai, “bánh”) một cơ quan phôi thai ở tất cả các loài động vật có vú có nhau thai cái, một số loài thú có túi, cá đầu búa và các loài cá sụn sinh sản khác, cũng như các loài onychophorans sinh sản và một số nhóm động vật khác, cho phép ... ... Wikipedia

Chứa một số sự kiện, thành tựu và đổi mới nổi bật nhất hiện nay trong các lĩnh vực khác nhau công nghệ hiện đại. Công nghệ mới là những cải tiến kỹ thuật thể hiện những thay đổi tiến bộ trong lĩnh vực này... ... Wikipedia

Bài viếtsamphiphilicpolyme phân hủy sinh họcmàng sinh họcđộng cơ sinh họcvật thể nano sinh họcmô phỏng sinh họcvật liệu nano mô phỏng sinh họcpolyme sinh họccảm biến sinh họckhả năng tương thích sinh họclớp phủ tương thích sinh họcbisl... Từ điển bách khoa về công nghệ nano

Bài viếthạt "hai mặtthiết bị truyền độngvi khuẩndiệp lụcđộng cơ sinh họcvật thể nano sinh họcmô phỏng sinh họcvật liệu nano mô phỏng sinh họccảm biến sinh họckhả năng tương thích sinh họchailớpvectơ dựa trên vật liệu nanoliên kết hydro... Từ điển bách khoa về công nghệ nano

Bài viết hóa học "mềm" màng sinh họcmô phỏng sinh họcvật liệu nano mô phỏng sinh họccảm biến sinh họclớp phủ tương thích sinh họckỹ thuật hai lớpvật liệu laiDNADNA vi mạch phân phối gennắp... Từ điển bách khoa về công nghệ nano

Cái này danh sách dịch vụ các bài viết được tạo ra để phối hợp công việc phát triển chủ đề. Cảnh báo này không áp dụng... Wikipedia

Sách

• Kỹ thuật mô, Nhóm sáng tạo của chương trình “Thở sâu hơn”. Một cách tiếp cận mới về cơ bản – kỹ thuật tế bào và mô – là thành tựu mới nhất trong Sinh học phân tử và tế bào. Cách tiếp cận này đã mở ra triển vọng rộng lớn cho việc tạo ra... sách nói