Inginerie tisulară și medicină regenerativă

IEEE EMBS prezintă

Mii de oameni mor în fiecare an în așteptarea unui transplant de organe și mult mai mulți sunt afectați de organe bolnave. Cei cu leziuni ale măduvei spinării suferă de multe alte probleme de sănătate ca urmare a incapacității lor de a se mișca și de a merge. Și în timp ce ne minunăm de măiestria chirurgilor capabili să transplanteze o față sau o mână, rezultatele sunt departe de a fi perfecte.
Ingineria țesuturilor reunește mai multe discipline pentru a crea țesut viu pentru a înlocui sau repara pielea, un organ defect sau o parte a corpului deteriorată sau lipsă.
Jay Vacanti și Robert Langer sunt recunoscuți pe scară largă ca fiind pionierii ingineriei țesuturilor. Dr. Vacanti, director al Centrului de medicină regenerativă de la Massachusetts General Hospital, este, de asemenea, director de transplant pediatric la MGH. După ce a văzut prea mulți copii murind în așteptarea unui transplant de ficat, a căutat o modalitate de a crește țesut hepatic. Așa că a făcut echipă cu laboratorul Langer de la MIT. Prin implantarea unei schele de polimer însămânțat cu celule hepatice în șobolani bolnavi, ei pot acum să obțină un nou țesut hepatic care să crească și să funcționeze în câteva săptămâni.
Până de curând, părea imposibil să ne imaginăm că cei cu coloana vertebrală sau corzile vocale deteriorate ar putea într-o zi să meargă sau să cânte din nou. Cu toate acestea, inginerii biomedicali consideră pur și simplu că acestea sunt provocări care trebuie depășite.
Lucrând cu Dr. Vacanti, oamenii de știință de la laboratorul Langer au tăiat coloana vertebrală a șobolanilor, făcându-i paraplegici. Apoi au folosit celule stem de la alți șobolani pentru a crește bucata lipsă de măduvă spinării pe schele de polimer. După ce au primit măduva spinării modificate, șobolanii paralizați și-au recăpătat abilitatea de a merge din nou, deși cu un ușor șchiopătat.

Scaffolds

Culturile de celule au fost cultivate de mult timp în vase Petri, dar aceste metode generează bulgări de celule care nu pot servi unui scop funcțional în corpul uman. Scaffoldurile oferă atât formă, cât și suport pentru țesuturile în creștere. Aceste schele – realizate din polimeri biocompatibili și biodegradabili – trebuie să acomodeze și să dirijeze orientarea spațială a anumitor tipuri de celule.
Această metodă este relativ ușoară dacă dorim pur și simplu să generăm cartilaj, care nu necesită vascularizație. Dar dacă sperăm să generăm într-o bună zi „piese de schimb”, trebuie să fim capabili să creăm structuri complexe, naturale, care posedă mai multe tipuri de celule și care se pot aproviziona singure cu substanțe nutritive.
Pentru a construi o schelă care poate susține o matrice celulară 3D complet funcțională, se folosesc bionanotehnologii. Se construiesc și se suprapun folii individuale, 2D, pentru a imita interacțiunea dintre un organ și
vasculatura acestuia.

Însămânțare

Eșabloanele sunt apoi însămânțate cu celule care au crescut în plăci Petri. Aceste celule pot fi recoltate fie de la o linie de celule stem, fie de la un donator – în mod ideal, de la beneficiarul transplantului. Construcția de celule și schelet este apoi scăldată într-un mediu care încurajează celulele să crească și să se înmulțească. Pe măsură ce celulele se înmulțesc, ele încep să dobândească forma schelei, care în cele din urmă se descompune și este absorbită de țesut.

Celule stem

Celele stem adulte pot fi derivate din mai multe tipuri de celule, inclusiv celule sanguine, osoase, musculare, cutanate, cerebrale și hepatice, precum și din foliculii de păr. Dar izolarea și cultivarea lor este dificilă. Și nu este clar dacă celulele stem adulte se pot diferenția cu adevărat. Celulele stem embrionare, pe de altă parte, se pot diferenția chiar și în timp ce se află pe schele. Dar orice celule care nu s-au diferențiat încă în momentul transplantului ar putea continua să formeze tumori.

Respingere

Câteva tipuri de țesuturi sunt cultivate în laborator înainte de implantare, în timp ce altele au nevoie de ajutor din partea organismului pentru a se dezvolta. Iar odată ce țesutul a fost implantat, există întotdeauna îngrijorarea legată de respingere. Laboratorul Langer lucrează, de asemenea, pentru a oferi un mijloc de administrare a imunosupresoarelor cu eliberare temporizată, care să vizeze doar locul transplantului pentru a evita imunocompromiterea pacientului.

Provocări

Pe lângă asigurarea unei rezerve de sânge, obținerea unei diferențieri corespunzătoare a celulelor stem și evitarea respingerii, există alte câteva provocări care trebuie abordate. Asigurarea unei rezerve de sânge înseamnă însămânțarea schelei cu mai multe tipuri de celule – și nu toate aceste tipuri de celule cresc în același ritm. Țesuturile vasculare tind să aibă o creștere mai lentă și, prin urmare, acestea trebuie să fie prefabricate în cadrul schelei generale. Iar produsul final trebuie să arate și să funcționeze așa cum a intenționat natura. Există, de asemenea, problema obținerii aprobărilor pentru utilizarea la om.

Aplicații în lumea reală

În plus față de înlocuirea organelor și țesuturilor lipsă sau deteriorate, țesuturile create prin inginerie ar putea fi folosite și pentru a ajuta la testarea efectelor medicamentelor. Iar unii chirurgi esteticieni urmăresc evoluțiile în domeniul ingineriei tisulare cu scopul de a avansa potențialul chirurgiei reconstructive.
Cercetătorii au creat deja țesuturi din tot felul de organe. Folosind principiile ingineriei, s-ar putea ca în curând să vedem carne vie care arată exact ca cea reală – pentru că este reală.

Ar putea să vă intereseze și:

  • Micro- & Nanotehnologii

.

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată.