هندسة الأنسجة
هو مجال علمي يركز على تطوير بدائل بيولوجية قادرة على أن تحل محل الأنسجة المريضة أو المدمرة في الإنسان. أول مرة ظهر فيها مصطلح هندسة الأنسجة هو في فترة الثمانينيات. بحلول أوائل التسعينيات ، أدى مفهوم تطبيق الهندسة على إصلاح الأنسجة البيولوجية إلى النمو السريع لهندسة الأنسجة كمجال متعدد التخصصات مع إمكانية إحداث ثورة في مجال الطب.
تقوم هندسة الأنسجة على دمج المكونات البيولوجية كالخلية و عوامل النمو مع المبادئ الهندسية و المواد الصناعية، يمكن إنتاج الأنسجة البديلة عن طريق زرع الخلايا البشرية أولاً على سقالات ، والتي قد تكون مصنوعة من الكولاجين أو من بوليمر قابل للتحلل ثم يتم تحضين السقالات في وسط يحتوي على عوامل النمو التي تحفز الخلايا على النمو والانقسام. عندما تنتشر الخلايا عبر السقالة ، يتشكل النسيج البديل. يمكن زرع هذا النسيج في جسم الإنسان ، مع امتصاص السقالة المزروعة أو إذابتها في النهاية.
تتضمن أمثلة الأنسجة المرشحة لهندسة الأنسجة الجلد والغضاريف والقلب والعظام. لعب إنتاج بدائل الجلد دورًا مهمًا في تحسين نجاح جراحات ترقيع الجلد ، خاصة للجروح المعقدة مثل الحروق. تم أيضًا هندسة الأنسجة البديلة في الجهاز الكلوي ، بما في ذلك المثانة البولية والإحليل ، وزرعها بنجاح ، وبالتالي توسيع الفرص العلاجية لاضطرابات الكلى المعقدة. يجري فحص السقالات والأنسجة الاصطناعية الحيوية لاستخدامها في تطوير الأطراف الاصطناعية الحيوية ؛ تم الإبلاغ عن أول طرف من هذا القبيل يتم تطويره بنجاح - ساق فأر مع عضلات وأوردة عاملة - في عام 2015.
سوق هندسة الأنسجة
- 152$ مليون للبولية
- 900$ مليون دولار للجلدية
- 578$ مليون دولار للأسنان
- 8$ مليون دولار لنقل الأعضاء
- 831$ مليون دولار للسرطان
- 651$ مليون دولار للقلبية و الوعائية
- 306$ مليون دولار للعصبية
- 6220$ مليون دولار للعمود الفقري و العظام
المواد الحيوية
تشكل المواد الحيوية جزءًا لا يتجزأ من هندسة الأنسجة. تم العثور على العديد من المواد لاستخدامها في هندسة الأنسجة. تستخدم المواد الحيوية إما لأغراض علاجية أو تشخيصية. المواد الحيوية والمواد البيولوجية مفهومان مختلفان. يقال إن المادة الحيوية هي مادة مثالية تفي بالمتطلبات التالية:
- القابلية للحقن
- تصنيع اصطناعي
- التوافق الحيوي
- غير المناعية
- الشفافية
- ألياف نانوية
- تركيز منخفض
- معدلات الارتشاف
السقالات - السقالات هي مواد مصممة لتكوين أنسجة وظيفية جديدة وتستخدم للأغراض الطبية. تعيد السقالات إنشاء البيئة داخل الجسم التي توفرها المصفوفة خارج الخلية. اعتمادًا على أصلها ، يتم تصنيف السقالات إلى نوعين. تشارك السقالات الطبيعية في عملية التشكل واكتساب الوظائف لأنواع مختلفة من الخلايا في البيئة داخل الجسم الحي. يعتمد تكوين هذه السقالات على أصل حيواني وإجراءات العزل والتنقية والفحوصات. تصنع السقالات الاصطناعية لتقليد خصائص ECM (المصفوفة الخلوية الإضافية) في ظل ظروف خاضعة للرقابة.
- ارتباط الخلية والهجرة
- احتباس الخلايا والعوامل البيوكيميائية
- بدل لنشر منتجات الخلايا الحيوية والمنتجات المعبر عنها
- تعديل سلوك الطور الخلوي بممارسة التأثيرات البيولوجية والميكانيكية.
- حجم مسام مناسب مع مسامية عالية لتسهيل نثر الخلايا وانتشارها في الهيكل بأكمله.
- التحلل البيولوجي هو أحد العوامل. يجب أن توفر السقالة السلامة الهيكلية بينما تقوم الخلايا بتصنيع بنية المصفوفة الطبيعية حول نفسها. يجب أن يتحلل بمجرد أن تتشكل الأنسجة الجديدة. يجب أن يتزامن التدهور مع معدل تكوين الأنسجة.
- السيراميك - لديه توافق حيوي ممتاز بسبب تشابهه الكيميائي والهيكلي. إنها تشكل صلابة ميكانيكية عالية ومرونة منخفضة للغاية. تتضمن الأمثلة - هيدروكسيباتيت (HA) وثلاثي فوسفات الكالسيوم (TCP) ، لتطبيقات تجديد العظام.
- البوليمرات الاصطناعية - تظهر خصائص تحلل محكومة ويسهل تصنيعها بهندسة معمارية مصممة خصيصًا. ومن الأمثلة على ذلك - البوليسترين ، وحمض بولي لاكتيك (PLLA) ، وحمض بولي جليكوليك (PGA) ، وحمض بولي-دل-لاكتيك-كو-جليكوليك (PLGA).
- البوليمرات الطبيعية - وهي نشطة بيولوجيًا وتسمح للخلايا المضيفة بإنتاج المصفوفة خارج الخلية الخاصة بها واستبدال السقالة المتدهورة.
الخلايا
اختيار مصدر الخلية مهم لهندسة الأنسجة. ولكن هناك صعوبة تكمن في زراعة أنواع معينة من الخلايا بكميات كبيرة. لذلك ، ظهرت الخلايا الجذعية (الخلايا الجذعية الجنينية أو البالغة) كمصادر بديلة للخلايا. خلايا ESC (خلية جذعية جنينية) هي خلايا متعددة القدرات بينما خلايا ASC هي خلايا متعددة القدرات. تعد ASC(الخلايا الجذعية المشتقة من الدهون) أكثر ملاءمة لهندسة الأنسجة نظرًا لأن لديها قدرة محدودة على التمايز عن ESCs.الجزيئات الحيوية - جزيئات الإشارات لا تقل أهمية عن السقالات ومصدر الخلية. هذه الإشارات فريدة لكل عضو ويتم التحكم فيها بإحكام. يلعب وجود عوامل مثل عوامل النمو والكيموكينات والسيتوكينات دورًا مهمًا في الظواهر البيولوجية. يمكن أن يكون استخدام جزيئات الإشارة بطريقتين - بالإضافة إلى وسائط الثقافة في المختبر أو التعلق بالسقالة عن طريق التفاعلات التساهمية وغير التساهمية.
تطبيق هندسة الأنسجة
كيف تعمل هندسة الأنسجة والأدوية التجديدية؟
الأدوية التجديدية تعمل على إصلاح الأنسجة والأعضاء التالفة. إنها تحفز آليات الإصلاح الخاصة بالجسم لشفاء الأنسجة أو الأعضاء التي كان يتعذر إصلاحها من قبل. إذا لم يتمكن الجسم من شفاء نفسه ، يمكن زراعة الأنسجة أو الأعضاء في المختبر ثم زرعها. يشمل الطب التجديدي أيضًا استخدام الخلايا الجذعية أو الخلايا السلفية التي يتم الحصول عليها من خلال التمايز الموجه.
تبدأ العملية بإنشاء السقالات وإدخال الخلايا فيها. يتطور النسيج بمجرد حصوله على البيئة المناسبة. في بعض الحالات ، يحدث التجميع الذاتي والذي يتضمن خلط جميع الخلايا والسقالات وعوامل النمو معًا.
يمكن أن يكون النهج الآخر عن طريق تجريد خلايا العضو المتبرع واستخدام سقالة الكولاجين المتبقية لتنمية أنسجة جديدة. كان هذا النهج نهجًا واعدًا للهندسة الحيوية في أنسجة القلب والكبد والرئة والكلى.
- زرع كبد بشري في الفئران: يمكن أن يؤدي زرع الكبد البشري المهندَس في الفئران إلى تفاعلات دوائية مشابهة لتلك التي تحدث في النظام البشري. يمكن للباحثين فهم اختبار السمية والاستجابات الخاصة بالأنواع بسهولة.
- تجديد كلية جديدة: تم تطوير سقالات الكلى المزروعة بالخلايا الظهارية والبطانية في أنسجة العضو. أنتجت الأنسجة البول في المختبر وداخل الجسم الحي في الفئران. تعد القدرة على تجديد كلية جديدة قفزة إلى الأمام في التغلب على مشاكل نقص أعضاء المتبرعين.
التعبيراتالتعبيرات