Стволовые клетки и тканевой инжениринг
Постоянная нехватка донорских органов и тканей для трансплантации диктует необходимость интенсивных исследований в направлении тканевой инженерии.
Тканевая инженерия - это использование комбинаций клеток строительного материала и соответствующих биохимических факторов для совершенствовании или восстановления биологических функций.
Определение. Первое определение тканевой инженерии было дано Кангером и Вакантом и звучало оно следующим образом: тканевая инженерия- это междисциплинарное направление, которое включает принципы инженерии и естественные науки в соответствии с развитием биологических заменителей, которые восстанавливают, поддерживают, или совершенствуют функции ткани или целого органа.
Мак-Артур и Ореффо дали следующее определение: "Понимание принципов тканевого роста и применение функциональной замены тканей для клинических исследований"
Основное предположение тканевой инженерии - то, что испрльзование естественной биологической системы послужит грандиозному успеху в развитии терапевтических стратегий, направленных на замену, восстановление, поддержание и или улучшении тканевых функций.
Пока полуофициальное определение тканевой инженерии находит широкое применение, на практике термин означает замену или восстановление функции тканей (кости, кровеносные сосуды, суставы, мочевой пузырь и т.д.). Эти ткани имеют преимущество за счет своих механических свойств. Тесно связанное направление - трансплантация клеток, несущих специфические биохимические функции (искусственная поджелудочная железа, искусственная печень).
|
|
|
Термин "регенеративная медицина" часто применяется как синоним к тканевой инженерии, хотя в регенеративной медицине больший акцент приходится на использование стволовых клеток для получения тканей. Тканевая инженерия охватывает и проблему использования живых клеток как строительного материала. Это, в частности, клетки кожи, содержащие живые фибробласты. Суставы восстанавливаются благодаря живым хондроцитам.
Клетки стали доступными как строительный материал, когда в 1990 ученые Герон Кори выяснил как расширить теломеры, образующие бессмертную линию клеток. До этого здоровые культуры нераковых клеток млекопитающих делились лишь фиксированное количество раз до предела Гейфлика. Из жидких тканей, таких как кровь клетки извлекались объемными методами - электрофорезом или аферезом. Из твердых тканей извлечение клеток более затруднительно. Ткань измельчается, а затем расщепляется трипсином или коллагеназой, чтобы удалить внеклеточный матрикс, содержащий клетки. После этого свободно плавающие клетки измельчаются центрифугой или аферезом. Расщепление трипсином в значительной мере зависит от температуры. Высокие температуры расщепляют матрикс быстрее, но создают большую опасность. Коллагеназа менее зависима от температуры и вызывает меньшее повреждение клеток, процесс протекает медленнее и требует дорогих реагентов.
|
|
|
Глава 6 Стволовые клетки и тканевая инженерия
КЛЕТКИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В ТКАНЕВОЙ ИНЖЕНЕРИИ
Клетки часто классифицируются по их источнику:
· Аутологичные клетки получают от того же индивидуума, которому они будут реимплантированы. Клетки имеют наименьшее количество проблем с отторжением и передачей патогенных микроорганизмов, однако, в некоторых случаях они могут быть недоступны. Например, при генетической болезни соответствующие аутологичные клетки недоступны. Также очень больные или пожилые люди, а также больные с тяжелыми ожогами, могут не иметь достаточного количества клеток, чтобы установить полезные клеточные связи. Более того, так как эта категория клеток должна быть взята у пациента, есть также некоторые проблемы, связанные с необходимостью выполнения таких хирургических операций, которые могут привести к заражению донора или к хронической боли.
|
|
|
Аутологичные клетки должны быть культивированы из образцов, прежде чем они могут быть использованы: это занимает много времени, так как аутологичный раствор готовится очень быстро. В последнее время наблюдается тенденция к использованию мезенхимальных стволовых клеток из костного мозга и жира. Эти клетки могут дифференцироваться в различные типы тканей, в том числе ткани кости, хряща, жира и нерва. Большое количество клеток может быть легко и быстро изолировано от жира, тем самым создавая потенциал для большого количества клеток, чтобы быстро и легко их получить. Несколько компаний было создано, чтобы заработать на этой технологии, самым успешной в это время является Центр терапии.
· Аллогенные клетки берут из тела того же донора. Хотя есть некоторые этические ограничения на использование человеческих клеток для исследований в пробирке, применение фибробластов кожи крайней плоти человека показало, чтобы это является иммунологически безопасным и жизнеспособным выбором для тканевой инженерии кожи.
· Ксеногенные клетки, выделенные от другого человека. В особенности клетки животных были достаточно широко использованы в экспериментах для создания сердечно-сосудистых имплантатов.
|
|
|
· Сингенные или изогенные клетки выделяют из генетически идентичных организмов, таких как близнецов, клонов, или высоко инбредных животных пород.
· Первичные клетки от организма
· Вторичные клетки от банка клеток
· 
Стволовые клетки являются недифференцированными клетками с возможностью разделить в культуре и создать различные формы специальных клеток. Согласно источникам, стволовые клетки делятся на «взрослые» и «эмбриональные» стволовые клетки, первый класс мультипотентный, а второй в основном плюрипотентный; некоторые клетки тотипотентны, на самых ранних стадиях развития эмбриона. Пока еще есть большая этическая дискуссия, связанная с использованием эмбриональных стволовых клеток; считается, что стволовые клетки могут быть полезны для восстановления больных или поврежденных тканей, или могут быть использованы для роста нового организма. (Рис.6.2)
ИНЖЕНЕРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Клетки, о которых говорилось выше, обычно имплантируют или "подсеивают" в искусственную среду, способную поддерживать образование трехмерной ткани. Каркас часто имеет решающее значение, как в искусственных, так и в естественных условиях, так как обобщает условия среды и позволяет клеткам влиять на их собственные микросреды. Такие устройства, как правило, служат по меньшей мере, для одной из следующих целей:
· Прикрепление клеток и их миграция
· Доставка и сохранение клеток и их биохимических факторов
· Распространение жизненно важных питательных веществ клеток и выделение продуктов жизнедеятельности
· Оказать определенные механические и биологические влияния, чтобы изменить поведение клеточной фазы
Для достижения цели реконструкции ткани, каркас должен отвечать некоторым требованиям. Высокая пористость с соответствующим размером пор, которые необходимы для содействия посева клеток и распространения по всей структуре клеток питательных веществ. Способность к биологическому разложению является существенной, так как каркас должен быть поглощен окружающими тканями без необходимости хирургического удаления. Скорость, с которой происходит разрушение, должна совпадать как можно больше со скоростью образования ткани: это означает, что в то время как клетки изготовят собственную структуру природной матрицы вокруг себя, каркас способен обеспечить структурную целостность в организме и в конечном итоге он будет оставлять новую ткань, которая будет обеспечивать механическая защиту. Нагнетаемость также важна для клинического использования.
Много различных материалов (натуральных и синтетических, разрушающихся и постоянных) было исследовано. Большинство из этих материалов использовались в области медицины до появления тканевой инженерии в качестве саморассасывающихся швов. Примерами таких материалов являются коллаген или линейный алифатический полиэстер.
Новые биоматериалы были разработаны с целью создания идеальных свойств и функциональных настроек: нагнетаемость, синтетическое производство, биосовместимость, неиммуногенность, прозрачность, наноразмерные волокна, низкая концентрация, ставки резорбции.
· PuraMatrix, происходящих из MIT лабораториях Чжан, Рич, Гродзинский и Langer является одним из новых биомиметических семей каркасов, которые в настоящее время внедрены в торговлю и влияют на клиническую инжиниринг тканей.
· Обычно используется синтетический материал PLA - полимер молочной кислоты. Это полиэстер, который деградирует в организме человека с образованием молочной кислоты, по природе химическое вещество, которое легко удаляется из организма.
· Подобные материалы полигликолевой кислоты и поликапролактона: механизм их деградации аналогичен PLA, но у них медленнее скорость деградации по сравнению с PLA.
 |  |
Каркасы также могут быть изготовлены из натуральных материалов, в частности различные производные внеклеточного матрикса были изучены, чтобы оценить их способность поддерживать рост клеток. Белковые материалы, такие как коллаген, фибрин, полисахаридные материалы, такие как хитозан или гликозаминогликаны, все оказалось подходит с точки зрения совместимости клеток, но некоторые проблемы с потенциальной иммуногенностью все еще остались. Среди ГАГ гиалуроновая кислота в сочетании с сшивающим агентов является одним из возможных вариантов каркасного материала. Функциональные группы каркасов могут быть полезны в доставке малых молекул конкретным тканям (Рис.6.4 и 6.5).
Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 57; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!