Тканевая инженерия

Принцип тканевой инженерии

Тканевая инженерия (TE) ( англ. « Тканевая инженерия и тканевая инженерия») или культура ткани - это общий термин для искусственного производства биологической ткани путем направленного культивирования клеток с целью замены пораженной ткани у пациента или регенерации.

характеристики

В тканевой инженерии клетки обычно берут из донорского организма и размножают в лабораторных условиях in vitro . В зависимости от типа клеток их можно культивировать в двух измерениях, как газон для клеток, или в трех измерениях, используя определенные клеточные структуры. Затем они могут быть (повторно) трансплантированы реципиенту. Затем их обычно можно имплантировать в тот же организм и, таким образом, поддерживать или восстанавливать функцию тканей. Продукты тканевой инженерии (TEP) относятся к группе препаратов для передовой терапии и являются одним из примеров применения в регенеративной и персонализированной медицине .

«Тканевая инженерия - это применение принципов и методов инженерии, материаловедения и наук о жизни для получения фундаментального понимания структурно-функциональных взаимосвязей в нормальных и патологических тканях млекопитающих; и разработка биологических заменителей для обновления, поддержания или улучшения функции тканей ». В более узком смысле это означает отбор клеток у пациента для выращивания желаемого органа.

Тканевая инженерия включает четыре элемента, а именно:

  1. структурный каркас (необязательно, часто называемый лесом )
  2. живые клетки или ткани
  3. контроль передачи сигнала к живому компоненту ( факторам роста )
  4. питательная среда (питательный раствор) или организм.
Культура тканей в культуральных колбах, содержащих питательную среду, содержащую

Каркас биологического или синтетического типа объединяется с удаленным жизненно важным материалом, чтобы сформировать трехмерную клеточную культуру перед культивированием . Культивирование может происходить как в организме ( тканевая инженерия in vivo ), так и в лаборатории ( тканевая инженерия in vitro ). В обоих случаях сигнальные вещества, которые достигают клетки, идеально контролируются, чтобы поддержать образование новой ткани. Некоторые клетки можно также напечатать на поверхности с помощью биопринтера .

Регенераты или конструкции имплантируются в целевую область организма путем переноса адоптивных клеток . Преимущество такого имплантата с аутологичным (собственным) клеточным компонентом состоит в том, что он принимается иммунной системой пациента, поскольку культивируемые клетки имеют только белки на поверхности клеток, которые иммунная система распознает как «свои собственные». Обычно это не приводит к отказу от имплантатов тканевой инженерии. Хорошим примером этого является производство полностью аутологичных сердечных клапанов или сосудистых протезов, которые используются, например, когда закупоренная артерия не может быть заменена эндогенной веной. В таком случае обычно используют пластмассовый протез, что является неудовлетворительной альтернативой.

Биореакторная система для выращивания сосудистых протезов
Сосудистый протез тканевой инженерии
Сердечный клапан тканевой инженерии

Проблема тканевой инженерии заключается в том, что указанные клетки теряют свою функциональность ( дедифференцировку ). Исследование на животных на взрослых овцах, которым были имплантированы аутологичные сосудистые протезы, показало, что сосуды непрерывно формируют твердую ткань до конца эксперимента. До сих пор было возможно выращивать кожу и хрящевую ткань, а также кровеносные сосуды для коммерческого использования.

В большинстве случаев уже дифференцированные клетки организма размножаются in vitro. Новый подход - использование взрослых или индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPS). Взрослые клетки можно получить из костного мозга или внутренних органов взрослых, а ИПС можно получить путем перепрограммирования клеток (например, фибробластов из кожи). Стволовые клетки можно размножить в контейнере для культивирования, а затем с помощью химикатов дифференцировать на определенные необходимые типы клеток.

Движущей силой развития тканевой инженерии является растущая потребность в безопасных тканях и органах, а также в фундаментальных исследованиях.

Здесь проводится общее различие между четырьмя типами имплантатов:

  • от других живых существ ( ксеногенные ) - z. Б. Сердечные клапаны
  • от особи того же вида ( аллогенный ) - например, Б. почки
  • самим пациентом ( аутологичный ) - например, Б. Кожа
  • генетически идентичных особей ( сингенных ) - таких как Б. однояйцевых близнецов

Приложения

Подходы TE, которые до сих пор были успешными, основаны исключительно на тканях одного типа клеток. Хрящевая ткань особенно подходит для культивирования тканей, поскольку хрящ уже состоит из одного типа клеток в живом организме, питается только синовиальной жидкостью и производит свою собственную структуру из коллагеновых волокон и протеогликанов. Другие жизненно важные ткани, такие как B. Паренхима печени или почек настолько сложна по своей структуре, что культивирование in vitro до сих пор не увенчалось успехом. Чтобы использовать эффективность клеток конкретного органа при опасных для жизни заболеваниях, паренхиматозные клетки подвергаются воздействию кровотока в диализных системах. Для тканевой инженерии функциональных органов, помимо паренхиматозных клеток (например, гепатоцитов ), необходимо культивировать поддерживающую ткань, кровеносные и желчные сосуды, а также, возможно, лимфатические сосуды. Сокультуры таких разных типов клеток - это вызов на будущее. До настоящего времени сокультивирование проводилось для хондроцитов и остеобластов, а также эндотелиальных клеток и гладкомышечных клеток сосудов. Пока эти проблемы совместного выращивания не будут решены, TE не сможет достичь великих целей селекции жизненно важных органов. Только тогда трансплантаты донорских органов заменяются целевым выращиванием органов с помощью собственных клеток организма.

Еще одно важное применение тканевой инженерии - ее использование в фундаментальных исследованиях. Конструкции на основе натуральных тканей служат для выяснения клеточных механизмов. Кроме того, методы ТЕ позволяют производить трехмерные тканеподобные клеточные конструкции, на которых можно тестировать воздействие загрязняющих веществ (например, пестицидов), а также действие фармацевтических препаратов. В будущем может быть еще одно применение в биотехнологическом производстве мяса in vitro , чтобы обойти промышленное земледелие и связанные с ним проблемы.

В конце февраля 2018 года бригаде израильских медиков впервые удалось вырастить ткань голени и имплантировать ее. Эти стволовые клетки для этого ранее были взяты из жировой ткани пациента.

литература

веб ссылки

Commons : Tissue Engineering  - коллекция изображений, видео и аудио файлов.

Индивидуальные доказательства

  1. ↑ Тони Линдл, Герхард Гстраунталер: Культура клеток и тканей: от основ до лабораторного стенда. Издательство Spectrum Academic, Гейдельберг, 2008 г., ISBN 978-3-8274-1776-3 .
  2. ↑ Ричард Скалак (ред.): Тканевая инженерия . Лисс, Нью-Йорк 1988, ISBN 0-8451-4706-4 .
  3. ↑ аутологичных клапаны сердца ( сувенир в оригинале от 3 октября 2014 года в Internet Archive ) Info: архив ссылка была вставлена автоматически и еще не была проверена. Пожалуйста, проверьте исходную и архивную ссылку в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление. @ 1@ 2Шаблон: Webachiv / IABot / www.ame.hia.rwth-aachen.de
  4. ↑ Сосудистые протезы ( Memento из в оригинале от 3 октября 2014 года в Internet Archive ) Info: архив ссылка была вставлена автоматически и еще не была проверена. Пожалуйста, проверьте исходную и архивную ссылку в соответствии с инструкциями, а затем удалите это уведомление. @ 1@ 2Шаблон: Webachiv / IABot / www.ame.hia.rwth-aachen.de
  5. ↑ С. Кох, Т. К. Фланаган, Дж. С. Сахве, Ф. Таниос, Х. Шнёринг, Т. Дайхманн, В. Элля, М. Келломаки, Н. Гронло, Т. Грис, Р. Толба, Т. Шмитц-Роде, с. Jockenhoevel: тканевый сосудистый трансплантат на основе фибрина-полилактида в артериальном кровотоке. В кн . : Биоматериалы. Том 31, выпуск 17, 2010 г., стр. 4731-4739. Epub 2010 20 марта, PMID 20304484 .
  6. ↑ Ю. Куроянаги, М. Кенмочи, С. Исихара, А. Такеда, А. Сираиси, Н. Отаке, Э. Учинума, К. Торикай, Н. Сиоя: культивированный заменитель кожи, состоящий из фибробластов и кератиноцитов с коллагеновой матрицей : предварительные результаты клинических испытаний (Культивированный заменитель кожи из фибробластов, кератиноцитов и коллагенового матрикса: предварительные результаты клинического исследования). В: Ann Plast Surg. Том 31, выпуск 4, 1993 г., стр. 340-349; Обсуждение стр. 349-351, PMID 8239435 .
  7. ↑ А. Хайш, О. Шульц, К. Перка, В. Янке, Г. Р. Бурместер, М. Ситтингер: Тканевая инженерия хрящевой ткани человека для реконструктивной хирургии с использованием биосовместимых гелей фибрина и полимерных носителей [Тканевая инженерия хрящевой ткани человека для реконструктивной хирургии с использованием биосовместимого рассасывающегося фибринового геля и полимерных носителей]. В: ЛОР. Том 44, выпуск 11, 1996 г., стр. 624-629, PMID 9064296 .
  8. ^ SQ Лю: Профилактика очаговой гиперплазии интимы в трансплантатах вен крыс с использованием подхода тканевой инженерии. В кн . : Атеросклероз. Том 140, выпуск 2, 1998 г., стр. 365-377, DOI: 10.1016 / S0021-9150 (98) 00143-9 .
  9. ↑ Эрих Винтермантел , Сук-Ву Ха: Медицинские технологии с использованием биосовместимых материалов и процессов. Springer Verlag, Berlin Heidelberg New York 2002, ISBN 3-540-41261-1 .
  10. ↑ J. Heine, A. Schmiedl, S. Cebotari, H. Mertsching, M. Karck, A. Haverich, K. Kallenbach: Доклиническая оценка тканеинженерного вазомоторного мелкокалиберного сосуда человека на основе децеллюляризованного ксеногенного матрикса: гистологический и функциональная характеристика. In: Tissue Eng. Часть A, том 17, 2011 г., стр. 1253-1261, DOI: 10.1089 / ten.tea.2010.0375 .
  11. ↑ Н. М. Минен: Тканевая инженерия - определение позиции. В: Авария ZOrthop. Том 146, 2008 г., стр. 19-20, DOI: 10.1055 / s-2008-1038354 (полный текст).
  12. ↑ К. Андреас, К. Любке, Т. Хойпл и др.: Ключевые регуляторные молекулы разрушения хряща при ревматоидном артрите: исследование in vitro (Центральные регуляторные молекулы разрушения хряща при ревматоидном артрите: исследование in vitro) . В: Исследования и терапия артрита . Выпуск v10n1 от 18 января 2008 г. BioMed Central, Лондон 2008, doi: 10.1186 / ar2358 , PMC 2374452 (полный текст).
  13. ↑ Костнозаместитель: большеберцовая кость из пробирки . В: FAZ.NET . 28 февраля 2018 г., ISSN  0174-4909 ( faz.net [доступ 13 марта 2018 г.]).