Bazat pe materialele revistei "Transplantul celular", noi direcții de biologie celulară, ziarul

Perspectivele dezvoltării transplantului celular

Dezvoltarea transplantologiei celulare moderne și introducerea ei în clinică în ultimele decenii a permis prelungirea vieții multor mii de pacienți. În prezent, știința transplantului de celule rămâne una dintre cele mai intens dezvoltate domenii ale biologiei și medicinei. Studiile clinice sunt deja în curs de desfășurare cu metode precum:







- transplantul de celule hemopoietice proprii în scleroză multiplă, lupus eritematos sistemic, artrită reumatoidă;
- transplantul de celule hematopoietice în tratamentul tumorilor maligne ale rinichilor, glandelor lactice și pancreatice, creierului;
- transplantul de celule stem donatoare pentru a preveni reacția "grefă-versus-gazdă" după transplantul anterior al celulelor hemopoietice;
- imunoterapie adaptivă (limfocite T citotoxice) în oncologie, onkovaccinuri celulare;
- transplantul de mioblaste ale țesutului muscular scheletic;
- transplantul de celule neuronale la pacienții cu sindrom post-accident vascular cerebral;
- Transplantul de celule din măduva osoasă și de donator pentru a îmbunătăți regenerarea țesutului osos după fracturi.

Avansurile în studiul celulelor stem se datorează în mare măsură interesului sporit al oamenilor de știință și clinicienilor față de perspectivele utilizării lor în tratamentul bolilor considerate în prezent incurabile. Cu toate acestea, acest lucru ridică mai multe probleme etice (cum ar fi utilizarea ca un material de grefa de celule embrionare umane), precum și aspecte legate de reglementarea juridică a tehnologiilor celulare. În dezvoltarea tehnologiei celulare cele mai promițătoare sunt următoarele domenii:

- izolarea și transplantarea celulelor stem, inclusiv a celulelor proprii ale pacientului;
- detectarea subpopulațiilor și clonelor celulelor stem;
- testarea siguranței transplantului (infecțioase, oncogene, mutagene), compilarea unui "pașaport celular";
- Izolarea liniilor individuale ale celulelor stem embrionare prin transferul nucleului celulelor somatice;
- corectarea defectelor genetice prin transplantul de celule prenatale sau o combinație între metodele de transfer nucleare și terapia genetică.

Fabric Engineering

Una dintre direcțiile de biotehnologie, care se ocupă cu crearea de înlocuitori biologici ai țesuturilor și organelor, este ingineria tisulară (TI).

Ingineria tisulară modernă a început să se formeze într-o disciplină independentă după lucrările lui D.R. Walter și FR Meyer (1984), care a reușit să restaureze corneea afectată a ochiului cu ajutorul materialului plastic, crescut artificial din celulele luate de la pacient. Această metodă a fost numită keratino-plastica. După un simpozion organizat de Fundația Națională de Științe a Statelor Unite (NSF) în 1987, ingineria tisulară a început să fie considerată o nouă direcție științifică în medicină. Până în prezent, majoritatea lucrărilor din acest domeniu au fost efectuate pe animale de laborator, însă unele tehnologii sunt deja utilizate în medicină.

Crearea de organe artificiale constă în mai multe etape (figura 2).

Fig. 2. Schema de prelucrare a desenelor și modelelor de țesături

În prima etapă, se selectează propriul material sau celula donatoare (biopsie), se izolează celulele specifice țesutului și se cultivă. În proiectarea ingineriei țesăturilor sau al grefei, în plus față de cultura celulară, există un suport special (matrice). Matricele pot fi fabricate din diverse materiale biocompatibile. Celulele din cultura obținută sunt aplicate pe matrice, după care o astfel de structură tridimensională este transferată în bioreactorul 1 cu un mediu nutritiv unde este incubat pentru o anumită perioadă de timp. Primele bioreactoare au fost create pentru a produce țesut hepatic artificial.

Sunt selectate condiții speciale de cultivare pentru fiecare tip de grefă în creștere. De exemplu, pentru crearea de artere artificiale, se utilizează un bioreactor cu flux, în care se menține un flux constant al unui mediu nutritiv cu presiune pulsabilă variabilă care simulează o pulsație a fluxului sanguin.

Uneori, atunci când se creează o grefă folosind tehnologia prefabricare: designul este primul plasat într-un loc permanent, iar zona este bine aprovizionat cu sânge, pentru maturarea și formarea microcirculației în interiorul grefei.

Ca material celular pentru crearea de organe artificiale, se folosesc culturi celulare care fac parte din țesutul regenerat sau sunt precursorii lor. De exemplu, atunci când se obține o grefă pentru reconstrucția unei falange a degetului, s-au folosit tehnici care au determinat o diferențiere direcțională a celulelor stem din măduva osoasă în celule osoase.

În cazul în care grefa folosit pentru a crea propriul material de pacient de celule, este integrarea aproape completă a grefei cu recuperarea timpurie a funcției de organe recuperate. În cazul utilizării unei grefe cu celule donatoare, mecanismele de inducție și stimulare a propriei sale activități de reparație sunt incluse în organism și pentru celulele proprii de la 1 până la 3 luni se înlocuiesc complet celulele care se prăbușesc în grefă.

Biomateriale sunt utilizate pentru a obține matrici trebuie să fie inerte biologic și după graftinga (transfer în corp) asigură localizarea aplicat pe acesta materialul celular într-o anumită locație. Majoritatea biomaterialelor de inginerie tisulară sunt ușor distruse (resorbite) în organism și înlocuite cu propriile țesuturi. Acest lucru nu ar trebui să fie format intermediari având toxicitate, pH modificatoare țesut sau care îi afectează creșterea și diferențierea culturii celulare. Materialele nerezorbabile nu sunt aproape utilizate; ele limitează activitatea regenerativă, determină formarea excesivă a țesutului conjunctiv, provoacă o reacție la un corp străin (încapsulare).

Pentru a crea țesuturi și organe, în special materiale sintetice, se utilizează materiale pe bază de polimeri naturali (chitosan, alginat, colagen) și materiale biocompozite (tabelul 3).







Tabelul 3. Clasa biomaterialelor utilizate în ingineria tisulară.

Remodelarea cu înlocuirea proteinelor proprii

Materialul de sutură, în TI (modele tridimensionale, filme), ca matrice purtătoare pentru practic toate culturile celulare

Unul dintre primele din ingineria tisulară au fost utilizate biomateriale biodegradabile sintetice pe bază de polimeri ai acizilor organici, cum ar fi lactic (PLA, polilactat) și glicolic (PGA, poliglicolidă). În acest caz, compoziția polimerică poate include atât un tip de reziduu acid, cât și combinațiile lor în diferite proporții. Matrici bazate pe acizi organici au format baza pentru stabilirea unor astfel de organe și țesuturi precum piele, oase, cartilagii, tendoane, mușchi (striat, neted și cardiac), intestinul subțire, etc. Cu toate acestea, aceste materiale au dezavantaje. Schimbarea PH țesutului înconjurător la o despicare într-un organism și o rezistență mecanică insuficientă care nu le permite să le utilizeze ca un material universal pentru matrice și substraturi.

Un loc special printre materialele pentru transportatorii biomatrix sunt colagenul, chitosanul și alginatul.

Colagenul nu are practic proprietăți antigenice. Folosit ca matrice, este distrus prin hidroliza enzimatică și este înlocuit structural cu propriile sale proteine ​​sintetizate de fibroblaste. Din colagen, matricele cu proprietățile dorite pot fi fabricate pentru reconstrucția practic a oricăror organe și țesuturi. Fiind o proteină tisulară (intercelulară) naturală, aceasta este optim potrivită ca purtător al culturii celulare, asigurând creșterea și dezvoltarea țesutului.

Alginatul este o polizaharidă din alge marine, poate fi utilizată ca o matrice purtătoare, dar nu are o biocompatibilitate suficientă și proprietăți mecanice optime. Este de obicei utilizat sub formă de hidrogeluri pentru restaurarea țesutului cartilaginos și nervos.

Chitosanul este o polizaharidă care conține azot, care este constituentul principal al acoperirii exterioare a insectelor, crustaceelor ​​și arahnidelor. Acest biomaterial este obținut din cochilii chitinos de crustacee și moluste. În prezent, compoziția combinată în compoziția sa, un complex de colagen-chitosan, merită atenție. În timpul studiilor de laborator și clinic, a fost demonstrată inerția și capacitatea sa de a menține viabilitatea culturii celulare ca in vitro. atât in vitro, cât și in vivo. Acest complex este autorizat de Ministerul Sănătății al Federației Ruse ca tratament de îmbrăcare, vindecare a rănilor și este deja utilizat în practica clinică în chirurgie și stomatologie.

Posibilități moderne de inginerie tisulară

Majoritatea cercetărilor din domeniul ingineriei țesuturilor vizează obținerea unuia sau a altui echivalent de țesuturi. Cea mai studiată direcție a ingineriei tisulare este reconstrucția țesutului conjunctiv, în special a osului. În prima lucrare în acest domeniu, a fost descrisă reconstrucția fragmentului osoasă-cartilaj din femurul iepurelui. Principala problemă cu care se confruntă cercetătorii a fost alegerea biomaterialului și interacțiunea țesuturilor osoase și cartilaginoase în grefă. Echivalentul țesutului osos se obține prin diferențierea direcțională a celulelor stem din măduva osoasă, a sângelui din cordonul ombilical sau a țesutului adipos. Apoi, osteoblastul rezultat se aplică pe diverse materiale, divizia lor de sprijin, -. Un os donator, PGA, matrici de colagen, hidroxiapatita poros etc. Graft imediat plasate în defectul sau preincubat în țesuturile moi. Problema principală a acestor cercetători cred constructii nepotrivirii vaselor de sânge în rata de țesut și calendarul vieții celulare în adâncimea grefei. Pentru a rezolva această problemă, grefa este plasată lângă nave mari.

Histogeneza țesuturilor musculare depinde în mare măsură de dezvoltarea interacțiunilor neuromusculare. Lipsa unei inervații adecvate a modelelor țesuturilor musculare nu permite încă crearea de echivalente țesuturilor funcționale ale țesutului muscular striat. Musculatura netedă este mai puțin sensibilă la denervare, are unele abilități de automatism. Structurile țesutului muscular neted sunt folosite pentru a crea organe cum ar fi ureterul, vezica urinară, tubul intestinal. Recent, sa acordat mai multă atenție încercărilor de reconstrucție a mușchiului cardiac cu grefe care conțin miococi cardiace obținute prin diferențierea direcțională a celulelor măduvei osoase malodifferențiate.

Una dintre cele mai importante domenii în ingineria tisulară este fabricarea de echivalente de piele. Echivalentele de piele vii, care conțin celule donatoare sau celule native, sunt acum utilizate pe scară largă în SUA, Rusia și Italia. Aceste modele pot îmbunătăți vindecarea suprafețelor arse extinse.

Principalele puncte de aplicare ale ingineriei tisulare în cardiologie pot fi considerate crearea de supape artificiale cardiace, reconstrucția vaselor mari și plase capilare. Implanturile din materiale sintetice sunt de scurtă durată și duc adesea la cheaguri de sânge. Atunci când se utilizează grefe tubulare (vasculare) pe matrice biodegradabile, rezultate pozitive s-au obținut în experimente pe animale, dar problema nerezolvată rămâne rezistența controlată și rezistența pereților grefei la tensiunea pulsului.

Crearea rețelelor capilare artificiale importante în tratamentul patologiilor microcirculație sîngelui în boli cum ar fi boala ocluzivă, diabet, si altele. Rezultate pozitive au fost obținute atunci când se utilizează grefe biodegradabile făcute în formă vasculatura.

Restabilire organe, cum ar fi laringele, traheea și bronhiile respirație, este de asemenea posibilă utilizarea structurilor tisulare a materialelor biodegradabile sau compozite acoperite cu aceste celule epiteliale și condroblaști.

Boli și malformații ale intestinului subțire, însoțite de o scurtare semnificativă, conduc la faptul că pacienții sunt forțați să primească pentru viață amestecuri nutriționale speciale și soluții parenterale. În astfel de cazuri, prelungirea părții funcționale a intestinului subțire este singura modalitate de atenuare a stării lor. Algoritmul de realizare a grefelor este după cum urmează: celulele de origine epitelială și mezenchimală sunt depuse pe membrana biodegradabilă și plasate în glandă sau mesenterul intestinului pentru maturare. După o anumită perioadă de timp, intestinul este conectat la grefă. Experimentele efectuate pe animale au arătat o îmbunătățire a activității de absorbție, totuși, din cauza lipsei de inervație, colonul nu are capacitatea de a peristalitic și regla activitatea secretorie.

Principala dificultate în ingineria tisulară a ficatului este formarea unei structuri tisulare tridimensionale. Biomatrixul optim pentru cultura celulară este matricea extracelulară a ficatului. Cercetătorii consideră că utilizarea biopolimerilor poroizi cu proprietăți specificate va duce la succes. Se fac încercări de a aplica un câmp magnetic constant pentru organizarea tridimensională a culturii celulare. Problemele de aprovizionare cu sânge a grefei mari și retragerea bilei rămân nerezolvate, deoarece grefele nu au conducte biliare. Cu toate acestea, metodele existente permit deja compensarea anumitor anomalii genetice ale sistemelor enzimatice hepatice, precum și slăbirea manifestărilor de hemofilie la animalele de laborator.

Construcția glandelor endocrine se află în stadiul de testare experimentală a tehnicilor la animalele de laborator. Cel mai mare succes a fost obținut în ingineria tisulară a glandelor salivare și s-au obținut construcții care conțin celule pancreatice.

Malformațiile sistemului urinar reprezintă până la 25% din toate malformațiile. Ingineria țesuturilor în acest domeniu de medicină este foarte solicitată. Crearea de echivalente ale țesutului renal este o sarcină destul de dificilă, iar această problemă este rezolvată folosind tehnologii directe de organogeneză, folosind marcare embrionară a țesutului renal. La animalele de laborator sa demonstrat posibilitatea restaurării diferitelor organe și țesuturi ale sistemului urinar.

Una dintre cele mai importante sarcini este restaurarea organelor și țesuturilor sistemului nervos. Proiectările de inginerie tisulară pot fi utilizate pentru a restabili atât sistemul nervos central, cât și sistemul nervos periferic. Celulele cu bulb olfactiv și gelurile tridimensionale biodegradabile pot fi utilizate ca un material celular pentru repararea măduvei spinării. Pentru sistemul nervos periferic, se folosesc grefe tubulare biodegradabile, în cadrul cărora creșterea axonului este efectuată pe celule Schwann.

Crearea de organe artificiale va permite abandonarea transplantului majorității organelor donatoare, îmbunătățirea calității vieții și supraviețuirea pacienților. În viitorul apropiat, aceste tehnologii vor fi introduse în toate domeniile medicinei.







Trimiteți-le prietenilor: