هندسة الأنسجة لتحفيز تجديد العظام. هندسة الأنسجة العظمية الوظيفية: النبضات وهياكل السقالة. الإمكانيات الحديثة لهندسة الأنسجة

تطوير زراعة الخلايا الحديثة وإدخالها في العيادة العقود الاخيرةسمح لإطالة حياة عدة آلاف من المرضى. حاليًا، يظل علم زراعة الخلايا واحدًا من أسرع مجالات علم الأحياء والطب تطورًا. الطرق التالية تخضع بالفعل للتجارب السريرية:

– زرع الخلايا المكونة للدم في حالة التصلب المتعدد، الذئبة الحمامية الجهازية، التهاب المفاصل الروماتويدي.
– زرع الخلايا المكونة للدم أثناء العلاج الأورام الخبيثةالكلى والثدي والبنكرياس والدماغ.
– زرع الخلايا الجذعية المانحة لمنع مرض الكسب غير المشروع مقابل المضيف بعد زرع الخلايا المكونة للدم السابقة؛
– العلاج المناعي التكيفي (الخلايا اللمفاوية التائية السامة للخلايا) في علاج الأورام، ولقاحات الأورام الخلوية؛
– زرع الخلايا العضلية الهيكلية للأنسجة العضلية.
– زرع الخلايا العصبية في المرضى الذين يعانون من متلازمة ما بعد السكتة الدماغية.
– زرع الخلايا الذاتية والمتبرع بها نخاع العظملتحسين تجديد أنسجة العظام بعد الكسور.

يرجع التقدم في مجال أبحاث الخلايا الجذعية إلى حد كبير إلى الاهتمام المتزايد للعلماء والأطباء باحتمالات استخدامها في علاج الأمراض التي تعتبر حاليًا غير قابلة للشفاء. ومع ذلك، فإن هذا يثير العديد من القضايا الأخلاقية (مثل، على سبيل المثال، استخدام الخلايا الجنينية البشرية كمواد للزرع)، بالإضافة إلى القضايا المتعلقة بالتنظيم القانوني لتقنيات الخلايا. في تطوير التقنيات الخلوية، تعتبر المجالات التالية هي الأكثر واعدة:

– عزل وزراعة الخلايا الجذعية بما في ذلك خلايا المريض نفسه.
– تحديد المجموعات السكانية الفرعية واستنساخ الخلايا الجذعية؛
- اختبار سلامة عمليات الزرع (المعدية، المسببة للسرطان، المطفرة)، وإعداد "جواز السفر الخلوي"؛
– عزل الخطوط الفردية للخلايا الجذعية الجنينية باستخدام النقل النووي للخلايا الجسدية؛
- التصحيح العيوب الوراثيةزرع الخلايا قبل الولادة أو مزيج من النقل النووي والعلاج الجيني.

هندسة الانسجة

أحد مجالات التكنولوجيا الحيوية التي تتعامل مع إنشاء البدائل البيولوجية للأنسجة والأعضاء هي هندسة الأنسجة (TI).

بدأت هندسة الأنسجة الحديثة تتشكل كنظام مستقل بعد عمل د.ر. والتر و ف. ماير (1984)، الذي تمكن من استعادة القرنية التالفةالعيون باستخدام مادة بلاستيكية مزروعة صناعياً من خلايا مأخوذة من المريض. هذه الطريقة تسمى رأب القرنية. بعد ندوة نظمتها مؤسسة العلوم الوطنية الأمريكية (NSF) في عام 1987، بدأت هندسة الأنسجة تعتبر اتجاهًا علميًا جديدًا في الطب. حتى الآن، تم تنفيذ معظم العمل في هذا المجال على حيوانات المختبر، ولكن بعض التقنيات تستخدم بالفعل في الطب.

يتكون إنشاء الأعضاء الاصطناعية من عدة مراحل (الشكل 2).

أرز. 2. مخطط المعالجة للهياكل المهندسة الأنسجة

في المرحلة الأولى، يتم اختيار مادة الخلية الخاصة بالفرد أو الخلايا المانحة (خزعة)، ويتم عزل الخلايا الخاصة بالأنسجة وزراعتها. يشتمل الهيكل الهندسي للأنسجة، أو التطعيم، على حامل خاص (مصفوفة)، بالإضافة إلى مزرعة الخلية. يمكن تصنيع المصفوفات من مواد مختلفة متوافقة حيويا. يتم تطبيق خلايا الثقافة الناتجة على المصفوفة، وبعد ذلك يتم نقل هذا الهيكل ثلاثي الأبعاد إلى مفاعل حيوي 1 مع وسط غذائي، حيث يتم تحضينه لفترة معينة. تم إنشاء المفاعلات الحيوية الأولى لإنتاج أنسجة الكبد الاصطناعية.

لكل نوع من أنواع الكسب غير المشروع الذي يتم زراعته، يتم اختيار ظروف زراعة خاصة. على سبيل المثال، لإنشاء شرايين اصطناعية، يتم استخدام مفاعل حيوي يتدفق عبره، حيث يتم الحفاظ على التدفق المستمر للوسط المغذي مع ضغط نبضي متغير، مما يحاكي نبض تدفق الدم.

في بعض الأحيان، عند إنشاء الكسب غير المشروع، يتم استخدام تقنية التصنيع المسبق: يتم وضع الهيكل أولاً ليس في مكان دائم، ولكن في منطقة مزودة جيدًا بالدم، من أجل النضج وتكوين دوران الأوعية الدقيقة داخل الكسب غير المشروع.

يتم استخدام مزارع الخلايا التي تشكل جزءًا من الأنسجة المتجددة أو سلائفها كمواد خلوية لإنشاء أعضاء اصطناعية. على سبيل المثال، عند الحصول على طعم لإعادة بناء سلامية الإصبع، تم استخدام التقنيات التي تسببت في التمايز المباشر للخلايا الجذعية لنخاع العظم إلى خلايا الأنسجة العظمية.

إذا تم استخدام المادة الخلوية الخاصة بالمريض لإنشاء الكسب غير المشروع، فسيتم دمج الكسب غير المشروع بشكل كامل تقريبًا مع الشفاء العاجلوظائف الجهاز المتجدد. في حالة استخدام طعم مع خلايا مانحة، يقوم الجسم بتشغيل آليات تحريض وتحفيز نشاطه التعويضي، وفي غضون 1-3 أشهر تحل خلايا الجسم محل خلايا الكسب غير المشروع المتحللة بالكامل.

يجب أن تكون المواد الحيوية المستخدمة للحصول على المصفوفات خاملة بيولوجيًا، وبعد التطعيم (نقلها إلى الجسم)، تضمن توطين المادة الخلوية المطبقة عليها في مكان معين. يتم تدمير (إعادة امتصاص) معظم المواد الحيوية المستخدمة في هندسة الأنسجة بسهولة في الجسم واستبدالها بأنسجته الخاصة. في هذه الحالة، لا ينبغي تشكيل منتجات وسيطة سامة، وتغير الرقم الهيدروجيني للأنسجة أو تضعف نمو وتمايز ثقافة الخلية. لا يتم استخدام المواد غير القابلة للامتصاص أبدًا تقريبًا، لأنها أنها تحد من النشاط التجديدي، وتسبب الإفراط في التكوين النسيج الضام، إثارة رد فعل تجاه جسم غريب (التغليف).

لإنشاء الأنسجة والأعضاء، يتم استخدام المواد الاصطناعية بشكل رئيسي، والمواد القائمة على البوليمرات الطبيعية (الكيتوزان، الجينات، الكولاجين)، وكذلك المواد الحيوية (الجدول 3).

الجدول 3. فئات المواد الحيوية المستخدمة في هندسة الأنسجة.

مادة حيوية	متوافق حيويا الجسر (بما في ذلك السمية الخلوية)	تسمم	امتصاص	منطقة التطبيق
الاصطناعية: البوليمرات على أساس الأحماض العضوية هيدروكسيباتيت			كامل لثاني أكسيد الكربون وH2O غير قابل للامتصاص	الجراحة، في هندسة الأنسجة كمصفوفة حاملة لجميع مزارع الخلايا تقريبًا. عظم
طبيعي: الجينات				مواد التضميد، في هندسة الأنسجة على شكل الهلاميات المائية (الخلايا الغضروفية، الخلايا العصبية)
				مواد التضميد، في المعدات التقنية في شكل أفلام، والإسفنج؛ بالاشتراك مع الكولاجين (إعادة بناء العظام والعضلات وأنسجة الغضروف والأوتار)
الكولاجين			استبدال البروتينات الخاصة، والتحلل الأنزيمي	مواد التضميد، في TI (الإسفنج، النماذج ثلاثية الأبعاد، الأفلام) كمصفوفة حاملة لجميع ثقافات الخلايا تقريبًا.
المصفوفة خارج الخلية (الأغشية البيولوجية الطبيعية)	++++ (بسبب المدرجة بيولوجيا في الهياكل المواد الفعالةوعوامل النمو)		إعادة التشكيل مع الاستبدال بالبروتينات الخاصة	مادة الخياطة، في TI (نماذج ثلاثية الأبعاد، أفلام) كمصفوفة حاملة لجميع ثقافات الخلايا تقريبًا

كانت المواد الحيوية الاصطناعية القابلة للتحلل الحيوي والتي تعتمد على بوليمرات الأحماض العضوية، مثل حمض اللاكتيك (PLA، بوليلاكتات) وحمض الجليكوليك (PGA، بولي جلايكوليد)، من بين أولى المواد التي تم استخدامها في هندسة الأنسجة. في هذه الحالة، قد يحتوي البوليمر إما على نوع واحد من بقايا الحمض أو على مجموعات منها بنسب مختلفة. شكلت المصفوفات المعتمدة على الأحماض العضوية الأساس لتكوين الأعضاء والأنسجة مثل الجلد والعظام والغضاريف والأوتار والعضلات (المخططة والملساء والقلبية) الأمعاء الدقيقةومع ذلك، فإن هذه المواد لها عيوب: التغيرات في درجة الحموضة للأنسجة المحيطة أثناء الانهيار في الجسم وعدم كفاية القوة الميكانيكية، والتي لا تسمح باستخدامها كمواد عالمية للمصفوفات والركائز.

مكان خاصمن بين المواد المستخدمة في حاملات المصفوفة الحيوية الكولاجين والشيتوزان والجينات.

الكولاجين ليس له أي خصائص مستضدية. يتم استخدامه كمصفوفة، ويتم تدميره عن طريق التحلل المائي الأنزيمي واستبداله هيكليًا ببروتيناته الخاصة التي يتم تصنيعها بواسطة الخلايا الليفية. المصفوفات مع خصائص معينةلإعادة بناء أي أعضاء وأنسجة تقريبًا. كونه بروتين الأنسجة الطبيعية (بين الخلايا)، فهو مناسب بشكل مثالي كحامل لثقافة الخلايا، مما يضمن نمو الأنسجة وتطورها.

الجينات عبارة عن عديد السكاريد من الأعشاب البحرية ويمكن استخدامه كمصفوفة حاملة، ولكن ليس لديها توافق حيوي كافٍ وخواص ميكانيكية مثالية. ويشيع استخدامه في شكل الهلاميات المائية لإصلاح الغضروف والأنسجة العصبية.

الشيتوزان عبارة عن عديد السكاريد يحتوي على النيتروجين، وهو المكون الرئيسي للغطاء الخارجي للحشرات والقشريات والعناكب. يتم الحصول على هذه المادة الحيوية من الأصداف الكيتينية للقشريات والرخويات. في الوقت الحالي، يستحق الدواء ذو ​​التركيبة المركبة، مركب الكولاجين الشيتوزان، الاهتمام. أثناء المختبر و التجارب السريريةخمولها وقدرتها على الحفاظ على جدوى ثقافة الخلية في المختبر، لذا في الجسم الحي. تمت الموافقة على هذا المجمع من قبل وزارة الصحة في الاتحاد الروسي كعامل تضميد وتضميد الجروح ويستخدم بالفعل في الممارسة السريريةفي الجراحة وطب الأسنان.

الإمكانيات الحديثة لهندسة الأنسجة

تهدف معظم الأبحاث في مجال هندسة الأنسجة إلى الحصول على معادلات الأنسجة من نوع أو آخر. المجال الأكثر دراسة في هندسة الأنسجة هو إعادة بناء الأنسجة الضامة، وخاصة العظام. وصف العمل الأول في هذا المجال إعادة بناء جزء عظمي غضروفي عظم الفخذأرنب. كانت المشكلة الرئيسية التي واجهها الباحثون هي اختيار المادة الحيوية وتفاعل أنسجة العظام والغضاريف في الكسب غير المشروع. يتم الحصول على مكافئات الأنسجة العظمية عن طريق التمييز المباشر للخلايا الجذعية من نخاع العظم أو دم الحبل السري أو الأنسجة الدهنية. ثم يتم تطبيق الخلايا العظمية الناتجة على مواد مختلفة تدعم تقسيمها - العظام المانحة، PGA، مصفوفات الكولاجين، هيدروكسيباتيت المسامية، إلخ. يتم وضع الكسب غير المشروع على الفور في موقع الخلل أو الاحتفاظ به مسبقًا الأنسجة الناعمه. يعتبر الباحثون أن المشكلة الرئيسية لمثل هذه الهياكل هي التناقض بين معدل التكوين الأوعية الدمويةفي الأنسجة الجديدة وعمر الخلايا العميقة في الكسب غير المشروع. لحل هذه المشكلة، يتم وضع الطعوم بالقرب من الأوعية الكبيرة.

يعتمد تكوين الأنسجة العضلية إلى حد كبير على تطور التفاعلات العصبية العضلية. إن الافتقار إلى التعصيب الكافي لهياكل الأنسجة العضلية لا يسمح بعد بإنشاء أنسجة فعالة مكافئة للأنسجة العضلية المخططة. العضلات الملساء أقل حساسية لإزالة التعصيب لأنها لديه بعض القدرة على التلقائية. تُستخدم هياكل الأنسجة العضلية الملساء لتكوين أعضاء مثل الحالب، مثانة، الأنبوب المعوي. في الآونة الأخيرة، تم إيلاء اهتمام متزايد لمحاولات إعادة بناء عضلة القلب باستخدام الطعوم التي تحتوي على خلايا عضلية القلب التي تم الحصول عليها عن طريق التمايز المستهدف لخلايا نخاع العظم ضعيفة التمايز.

أحد أهم المجالات في هندسة الأنسجة هو إنتاج معادلات الجلد. تُستخدم حاليًا معادلات الجلد الحي التي تحتوي على خلايا الجلد المانحة أو الخاصة على نطاق واسع في الولايات المتحدة الأمريكية وروسيا وإيطاليا. يمكن لهذه التصميمات تحسين شفاء أسطح الحروق الواسعة.

يمكن اعتبار التطبيقات الرئيسية لهندسة الأنسجة في أمراض القلب إنشاء صمامات القلب الاصطناعية، وإعادة بناء الأوعية الكبيرة وشبكات الشعيرات الدموية. إن الغرسات المصنوعة من مواد اصطناعية قصيرة العمر وغالباً ما تؤدي إلى جلطات الدم. عند استخدام الطعوم الأنبوبية (الأوعية الدموية) على مواد قابلة للتحلل، نتائج إيجابيةومع ذلك، في التجارب على الحيوانات، تظل هناك مشكلة لم يتم حلها، وهي القوة المتحكم فيها وقوة مقاومة الجدران المطعمة لضغط نبض الدم.

يعد إنشاء شبكات شعرية صناعية أمرًا مهمًا في علاج أمراض دوران الأوعية الدقيقة في الدم في أمراض مثل طمس التهاب الشريان، ومرض السكري، وما إلى ذلك. تم الحصول على نتائج إيجابية هنا باستخدام الطعوم القابلة للتحلل والتي تم تصنيعها على شكل شبكة الأوعية الدموية.

من الممكن أيضًا استعادة أعضاء الجهاز التنفسي، مثل الحنجرة والقصبة الهوائية والشعب الهوائية، باستخدام تركيبات الأنسجة المصنوعة من مواد قابلة للتحلل أو مركبة مغلفة بالخلايا الظهارية والأرومات الغضروفية.

تؤدي أمراض وتشوهات الأمعاء الدقيقة، المصحوبة بتقصير كبير، إلى اضطرار المرضى إلى تلقي علاجات خاصة خلطات غذائيةوالمحاليل الوريدية. في مثل هذه الحالات، فإن إطالة الجزء الوظيفي من الأمعاء الدقيقة هو الطريقة الوحيدة للتخفيف من حالتهم. تتلخص خوارزمية تصنيع الكسب غير المشروع في ما يلي: يتم تطبيق الخلايا ذات الأصل الظهاري واللحمة المتوسطة على غشاء قابل للتحلل ووضعها في الثرب أو المساريق من الأمعاء للنضج. وبعد فترة زمنية معينة، يتم توصيل أمعائك بالطعم. أظهرت التجارب على الحيوانات تحسنًا في نشاط الامتصاص، ولكن بسبب نقص التعصيب، لا تتمتع الأمعاء الاصطناعية بالقدرة على التمعج وتنظيم النشاط الإفرازي.

تتمثل الصعوبة الرئيسية في هندسة أنسجة الكبد في تكوين بنية نسيجية ثلاثية الأبعاد. المصفوفة الحيوية المثالية لزراعة الخلايا هي المصفوفة خارج الخلية للكبد. يعتقد الباحثون أن استخدام البوليمرات الحيوية المسامية ذات الخصائص المحددة سيؤدي إلى النجاح. تبذل محاولات لاستخدام مجال مغناطيسي ثابت للتنظيم ثلاثي الأبعاد لثقافة الخلية. تظل مشاكل إمداد الدم إلى الطعوم كبيرة الحجم وتصريف الصفراء دون حل، نظرًا لعدم وجود الطعوم القنوات الصفراوية. لكن التقنيات الموجودةأصبح من الممكن بالفعل التعويض عن بعض التشوهات الجينية في أنظمة إنزيمات الكبد، وكذلك تقليل مظاهر الهيموفيليا في حيوانات المختبر.

إن بناء الغدد الصماء هو في مرحلة الاختبار التجريبي للطرق على حيوانات المختبر. وقد تم تحقيق أكبر قدر من النجاح في هندسة أنسجة الغدد اللعابية، حيث تم الحصول على تركيبات تحتوي على خلايا البنكرياس.

تمثل تشوهات الجهاز البولي ما يصل إلى 25٪ من جميع التشوهات. هناك طلب كبير على هندسة الأنسجة في هذا المجال من الطب. يعد إنشاء مكافئات أنسجة الكلى مهمة صعبة إلى حد ما، وتجري محاولات لحل هذه المشكلة باستخدام تقنيات تكوين الأعضاء المباشرة باستخدام طرق أنسجة الكلى الجنينية. وقد ثبت إمكانية الاستعادة في حيوانات المختبر مختلف الأجهزةوأنسجة الجهاز البولي.

واحد من أهم المهامهو ترميم الأعضاء والأنسجة الجهاز العصبي. يمكن استخدام الهياكل الهندسية للأنسجة لاستعادة كل من الجهاز العصبي المركزي والمحيطي. كمادة خلوية للإصلاح الحبل الشوكييمكن استخدام خلايا البصلة الشمية والمواد الهلامية ثلاثية الأبعاد القابلة للتحلل. بالنسبة للجهاز العصبي المحيطي، يتم استخدام الطعوم الأنبوبية القابلة للتحلل، والتي يتم من خلالها نمو محور عصبي بواسطة خلايا شوان.

إن إنشاء الأعضاء الاصطناعية سوف يلغي الحاجة إلى زرع معظم الأعضاء المانحة وسيحسن نوعية حياة المرضى وبقائهم على قيد الحياة. وفي المستقبل القريب، سيتم إدخال هذه التقنيات في جميع مجالات الطب.

استنادا إلى مواد من مجلة "زراعة الخلايا وهندسة الأنسجة"، 2005، العدد 1

- زاروي إيفانوفنا، يقولون إن هندسة الأنسجة تجلب الخيال العلمي إلى الحياة. ما هي المشاريع الرائعة التي يعمل عليها مختبرك اليوم؟

هندسة الأنسجة هي تصميم ونمو الأنسجة أو الأعضاء الوظيفية الحية خارج الجسم لزراعتها لاحقًا في المريض. يجب استعادة البنية ثلاثية الأبعاد للأنسجة في موقع الخلل. الهدف هو تجديد الأنسجة، وليس مجرد استبدالها بمادة اصطناعية. ينصب التركيز الرئيسي لمختبرنا على إنشاء مجموعة من الخلايا الجذعية الوسيطة التي يتم الحصول عليها من الأنسجة الدهنية للأشخاص البالغين. يتم عزل الخلايا الجذعية الجنينية من كتلة الخلايا الداخلية للجنين في مرحلة مبكرة، ويتم عزل الخلايا الجذعية البالغة من الأنسجة المختلفة للجسم البالغ. هناك مشكلة أخلاقية مرتبطة بالتدمير الحتمي للجنين البشري عند الحصول على الخلايا الجذعية الجنينية. ولذلك، فمن الأفضل الحصول على الخلايا من الأنسجة البالغة. ربما كان من الممكن اعتبار هذا الأمر قبل 20 عامًا بمثابة خيال علمي، لكنه أصبح اليوم حديثًا التكنولوجيا المبتكرة. هذا هو بالضبط ما نقوم به. البروتوكولات التي تم إحضارها من الولايات المتحدة الأمريكية (وعملت لمدة عشر سنوات في مختبر جامعة جورج واشنطن) لا تسمح لنا بتطوير تقنية من الصفر، ولكن بمواصلة العمل في هذا الاتجاه.

- ما هي المهام التي يواجهها المختبر في معهد الفسيولوجيا؟

يجري معهد علم وظائف الأعضاء أبحاثًا على مستوى الكائنات الحية والنماذج خارج الخلية لبعض الوقت. توفر زراعة الخلايا وهندسة الأنسجة فرصة لتطوير هذا المجال، لدراسة الآليات الجزيئية لتحويل الخلايا إلى أنسجة مزروعة خصيصًا لمزيد من عمليات الزرع. نحن (وهذا أنا وثلاثة من الموظفين الشباب) نعمل في المختبر باستخدام الأنسجة الدهنية، والتي يمكن بسهولة نسبيًا عزل الخلايا الجذعية منها. من الممكن أن تنمو منها خلايا أنسجة القلب - خلايا عضلية قلبية ذات بنية معينة، نشطة وظيفيًا، قادرة على الانقباض، وكذلك الخلايا العصبية والجلدية، اعتمادًا على الغرض من الدراسة. لا يمتلك مختبرنا كل هذه الأساليب بعد، ولكن تم نشرها، لذا فهي مسألة وقت.

هناك مكونان رئيسيان لهندسة الأنسجة. هذه هي الخلايا والبيئة التي يجب أن تنمو فيها. لنفترض أننا نعرف بالفعل كيفية صنع خلية عضلية وخلية عضلة القلب من خلية جذعية، والتي تختلف عن العضلات العادية، وكذلك خلايا الجلد والكبد. لكن هذا لا يكفي، فهم بحاجة إلى موطن. وليس مجرد وسط سائل، بل مساحة ثلاثية الأبعاد يمكن أن تنمو فيها الخلايا لتكوين أنسجة صناعية. مطلوب أيضًا حامل خلية خاص، يسمى المصفوفة. لإنشاء المصفوفات، يتم استخدام مواد بيولوجية خاملة، أحدها الكولاجين. في السنوات الخمس إلى الست الماضية، أصبح إنشاء مصفوفات طبيعية أو، كما يطلق عليها أيضًا، مصفوفات خالية من الخلايا منتشرًا على نطاق واسع. سأشرح ما هو عليه. كل من أنسجتنا وكل عضو من أعضائنا له بنيته الخاصة. وقد أظهرت الدراسات التي أجريت في مراكز الأبحاث الكبرى في الولايات المتحدة الأمريكية واليابان أنه من الممكن أخذ عضو وغسله من جميع الخلايا، مع الحفاظ على بنيته. الشيء الرئيسي هو توفير الظروف التي يتم بموجبها تدفق المحلول المعد مسبقًا، والمكون الرئيسي منه هو المنظفات (الصابون)، عبر جميع الأوعية التي تغذي هذا العضو، مما يؤدي إلى إذابة أغشية الخلايا ولم يتبق سوى قلب البروتين. للتأكد من أننا نستطيع القيام بذلك أيضًا، أخذنا قلب فأر، وعالجناه بمحلول منظف، وفي نهاية التجربة، كل ما تبقى هو الإطار - قلب رخامي. تم الحفاظ على البنية الكاملة للعضو المبني من البروتين. الصابون، كما تعلمون، ليس له أي تأثير على البروتينات. تتعثر الخلايا، التي يتم حفرها من الداخل، في هذا القلب المطوي بالفعل، وتنشئ اتصالات ردود الفعل الخاصة بها ويبدأ القلب في العمل.

بالطبع، وصلت الآن تقنيات جديدة، ويتم تطوير الطباعة الحيوية، ما يسمى بالطباعة ثلاثية الأبعاد، والتي تتيح لك طباعة مصفوفة أو قلب. ولكن لهذا تحتاج إلى إعطاء الطابعة "حبرًا" خاصًا ومكلفًا. لن ينجح صنعها من الورق أيضًا، ولن تلتصق المصفوفة. لإبقائه في مكانه، من الضروري عزل أو تصنيع البروتينات المتخصصة، وخاصة الكولاجين، الذي يشكل بنية أي عضو. في ظروفنا، هذه مهمة مكلفة للغاية، فمن الأسهل الحصول على عضو خالي من الخلايا. لكن لنفترض أننا جمعنا كل هذا وأعدنا زرعه، على سبيل المثال، وضعنا رقعة على الجلد، ولكن هنا قد نواجه مشكلة الزرع الكلاسيكية - الرفض. لذلك، نحن ليس فقط مختبرًا لهندسة الأنسجة، ولكن أيضًا لعلم المناعة.

من الناحية النظرية، جميع خلايا أي كائن حي متشابهة وتختلف فقط في الجزيئات السطحية، والتي يتم تشفيرها بواسطة جزيئات معروفة الجهاز المناعي. إذا تم غسل هذه الجزيئات مع الخلايا التي تحملها، فمن الناحية النظرية لا ينبغي أن تسبب المصفوفة رد الفعل المناعيجسم. لكن لم يقم أحد بهذا البحث بعد.

والخطوة التالية هي تحديد المصفوفات الأكثر سهولة ورخيصة ولكن الفعالة. وهذا هو الاتجاه الثاني لنشاطنا البحثي. نحن نحاول الجمع بين كلا الاتجاهين في اتجاه واحد لدراسة الجوانب الأساسية لتجديد الأنسجة. في بعض الأحيان، يُنظر إلى العلوم الأساسية على أنها منفصلة عن الواقع، لكن نتائج أبحاث مختبرنا لها تطبيق محدد. يتم زرع أجزاء من الأنسجة المزروعة بشكل رئيسي من الجلد بسهولة أثناء عملية الزرع. في الولايات المتحدة الأمريكية واليابان وأوروبا يتم استخدامها على نطاق واسع للحروق، جراحة تجميليةوما إلى ذلك، والذي سيتم القيام به في بلادنا مع مرور الوقت. لكن هذا سيكون خارج التنظيم الأكاديمي.

- يتم تمويل العلوم في أرمينيا على أساس متبقي. يتطلب إنشاء مختبر جديد لعلم المناعة وهندسة الأنسجة استثمارات كبيرة. كيف حدث هذا؟

وبطبيعة الحال، علينا أن نخرج منه. جاءت فكرة إنشاء المختبر بفضل مبادرة معهد علم وظائف الأعضاء وبالتعاون مع الجامعة. جورج واشنطن في الولايات المتحدة الأمريكية، حيث لا أزال عضوًا في هيئة التدريس. يساعد المتعاونون الأمريكيون بكل ما في وسعهم، ويتقاسمون المعدات والكواشف. رئيس مختبر فسيولوجيا القلب في هذه الجامعة، وهو عالم مشهور عالميًا ومواطننا، البروفيسور نارين سارفازيان، المهتم بالتأكد من أن كل شيء يحدث هنا، يساعد ليس فقط ماليًا، ولكن أيضًا فكريًا. نحن نناقش الأفكار، ونبحث عن الخيارات من أجل الحصول على نتائج بموارد مالية متواضعة للغاية. وفي بعض الأحيان تكرر تجربتنا في مختبرها لتوضيح النتيجة. لزراعة الخلايا، نستخدم حاضنة قديمة على الطراز السوفييتي. زودنا المعهد بجهازي كمبيوتر، وغرفًا تم تجديدها، ومختبرات مخصصة، وزودنا بصندوقين معقمين قديمين، على الرغم من أنهما ليسا بالمستوى المطلوب، لذلك غالبًا ما نستخدم معدات مختبر نيرا أيفازيان، الذي نتعاون معه بشكل نشط. اشترينا الثلاجة بأنفسنا. وفيما يتعلق بالمعدات، ما زال لدينا العديد من المشاكل، وخاصة الحاجة إلى أدوات جديدة. نظرًا لعدم وجود جهاز قياس التدفق الخلوي، لا يمكن التعاون بشكل منتج مع شريكنا - مركز Avangard التجميلي في أفان. لكننا نعمل على توسيع الاتصالات وفرص البحث.

أكد لي أصدقائي، علماء الأحياء في موسكو، أن الخلايا هي سيدات متقلبات، وتحتاج إلى التحدث معهم، وإلا فسوف يتعرضون للإهانة ويتوقفون عن النمو. عادة ما تأتي الخلايا من الإناث وتحتاج إلى المحبة. عند وصولك إلى المختبر في الصباح، عليك الذهاب إلى الحاضنة وتمني الخلايا صباح الخير، قل شيئًا لطيفًا، تحدث. أنت تضحك، ولكن هذا هو الحال. في الجامعة. جورج واشنطن، كان لي زميل تجاهل هذه القاعدة، ولم تنمو خلاياه. كان عليه أن يُلزم طلابه المتخرجين بالذهاب إلى الحاضنة كل صباح وتكريم الخلايا. بالإضافة إلى ذلك، تحتاج الخلية إلى حمايتنا. فمن خلال أخذ خلية من الجسم نحرمها من المناعة، وهي الآن تعتمد علينا وعلى المعدات المعقمة فقط. لم يحلم الجراحون أبدًا بالعقم الذي يجب علينا ضمانه.

- مع من يتعاون المختبر أيضًا؟

داخل المعهد، نتعاون مع مختبرات نيرا أيفازيان وأرمين فوسكانيان. إنهم يجرون أبحاثهم على المستوى الكيميائي الحيوي أو الركائز الاصطناعية - حيث يقومون بفصل الدهون وإنشاء خلية اصطناعية منها وتشكيل الحويصلات ودراسة تأثير السموم المختلفة عليها. من الأفضل القيام بذلك على الخلايا النامية. لذلك، هناك مجال آخر من أنشطة المختبر وهو دراسة تأثير السموم المتوطنة لدينا على الخلايا التي تنمو بشكل نشط. ولا يهم ما إذا كانت خلايا سرطانية أو جنينية أو قلبية. دون معرفة الفسيولوجيا الجزيئية لعمل السموم، دون معرفة الآلية الجزيئية، من الصعب إنشاء ترياق محدد. ولا يمكن استخدام الترياق إلا من خلال فهم الجزيء الذي يؤثر على هذه الآلية. لذلك، من الضروري الإجابة على سؤال لماذا تم أخذ هذا الجزيء بالذات على المستوى الجزيئي.

- التكنولوجيا الحيوية علم مكلف للغاية، ولكن عادةً ما يتم مساعدة العلماء من خلال المنح...

لقد حصلنا على منحة من لجنة الدولة للعلوم، وهي صالحة لمدة عامين. ولكن المبلغ ليس كبيرا جدا. كنا نأمل في الحصول على منحة ISTC. لقد أنشأنا تعاونًا مع زملائنا من كازاخستان، حيث يقع مقر ISTC الآن، وأنشأنا اتصالاً، لكن الأمر لم ينجح. لماذا لا تعرف. لا ردود الفعل. وكنا نعتمد على هذه الأموال.

) — إنشاء أنسجة وأعضاء جديدة لإعادة البناء العلاجي للعضو التالف من خلال تقديم هياكل الدعم والإشارات الجزيئية والميكانيكية للتجديد في المنطقة المطلوبة.

وصف

لا يمكن للزرعات التقليدية المصنوعة من مواد خاملة إلا تصحيح أوجه القصور الفيزيائية والميكانيكية للأنسجة التالفة. الهدف من هندسة الأنسجة هو استعادة الوظائف البيولوجية (التمثيل الغذائي)، أي تجديد الأنسجة، وليس مجرد استبدالها بمواد اصطناعية.

يتضمن إنشاء زراعة الأنسجة (الكسب غير المشروع) عدة مراحل:

1. اختيار وزراعة المواد الخلوية الخاصة أو المانحة؛
2. تطوير حامل خاص للخلايا (المصفوفة) يعتمد على مواد متوافقة حيوياً؛
3. تطبيق ثقافة الخلية على المصفوفة وتكاثر الخلايا في مفاعل حيوي مع شروط خاصةزراعة؛
4. الإدخال المباشر للكسب غير المشروع في منطقة العضو المصاب أو وضعه الأولي في منطقة مزودة جيدًا بالدم للنضج وتكوين دوران الأوعية الدقيقة داخل الكسب غير المشروع (التصنيع المسبق).

يمكن تمثيل المادة الخلوية بخلايا الأنسجة المجددة أو الخلايا الجذعية. لإنشاء مصفوفات الكسب غير المشروع، يتم استخدام المواد الاصطناعية الخاملة بيولوجيا، والمواد القائمة على البوليمرات الطبيعية (الكيتوزان، الجينات، الكولاجين)، وكذلك المواد الحيوية. على سبيل المثال، يتم الحصول على مكافئات الأنسجة العظمية عن طريق التمييز المباشر للخلايا الجذعية من نخاع العظم أو دم الحبل السري أو الأنسجة الدهنية. ثم يتم تطبيق الخلايا العظمية الناتجة (خلايا العظام الشابة المسؤولة عن نموها) على مواد مختلفة تدعم انقسامها - العظام المانحة، ومصفوفات الكولاجين، والهيدروكسيباتيت المسامي، وما إلى ذلك. وتستخدم حاليًا على نطاق واسع في الولايات المتحدة الأمريكية معادلات الجلد الحية التي تحتوي على خلايا الجلد المانحة أو الخاصة. ، روسيا، إيطاليا. يمكن لهذه التصاميم تحسين شفاء الحروق الشديدة. ويتم تطوير الطعوم أيضًا في أمراض القلب (صمامات القلب الاصطناعية، وإعادة بناء الأوعية الكبيرة وشبكات الشعيرات الدموية)؛ لاستعادة أعضاء الجهاز التنفسي (الحنجرة والقصبة الهوائية والشعب الهوائية) والأمعاء الدقيقة والكبد والجهاز البولي والغدد الصماء والخلايا العصبية. تُستخدم المعادن في هندسة الأنسجة للتحكم في نمو الخلايا من خلال التعرض لها المجالات المغناطيسيةاتجاهات مختلفة. على سبيل المثال، بهذه الطريقة كان من الممكن إنشاء ليس فقط نظائرها لهياكل الكبد، ولكن أيضًا هياكل معقدة مثل عناصر شبكية العين. أيضًا، توفر المواد التي تم إنشاؤها باستخدام الطريقة (الطباعة الحجرية بشعاع الإلكترون، EBL) أسطح مصفوفة بحجم النانو للتكوين الفعال لزراعة العظام. إن إنشاء الأنسجة والأعضاء الاصطناعية سوف يلغي الحاجة إلى زرع معظم الأعضاء المانحة وسيحسن نوعية حياة المرضى وبقائهم على قيد الحياة.

المؤلفون

• ناروديتسكي بوريس سافيليفيتش
• نيسترينكو ليودميلا نيكولاييفنا

مصادر

1. تقنيات النانو في هندسة الأنسجة // نانومتر. -www.nanometer.ru/2007/10/16/tkanevaa_inzheneria_4860.html
2. خلايا جذعية// ويكيبيديا، الموسوعة الحرة.www.ru.wikipedia.org/wiki/Stem_cells (تاريخ الوصول: 12/10/2009).

هندسة الانسجةهو مجال طب شاب ومتطور يفتح فرصًا جديدة للبشرية. المهنة مناسبة لأولئك المهتمين بالكيمياء والبيولوجيا (انظر اختيار المهنة على أساس الاهتمام بالمواد الدراسية).

وفي هذا المقال سنخبركم عن مهنة مهندس الأنسجة - وهي إحدى مهن المستقبل في هذا الاتجاه.

ما هي هندسة الأنسجة؟

هذا هو العلم الذي نشأ على الحدود بين بيولوجيا الخلية وعلم الأجنة والتكنولوجيا الحيوية وزراعة الأعضاء وعلوم المواد الطبية.

وهي متخصصة في تطوير النظائر البيولوجية للأعضاء والأنسجة التي تم إنشاؤها من الخلايا الحية وتهدف إلى استعادة وظائفها أو استبدالها.

ما هو مهندس الأنسجة؟

وهذا هو التخصص الذي سيصبح مطلوبا في المستقبل القريب. تشمل مسؤوليات هذا المحترف تطوير ومراقبة عملية الإنتاج واختيار المواد والتشكيل الشروط الضروريةلإنشاء غرسات الأنسجة (الطعوم) وزرعها لاحقًا. وبحسب بعض التقارير فإن هذه المهنة ستبدأ بالانتشار بعد عام 2020.

يتضمن تطوير وتنفيذ الكسب غير المشروع عددًا من المراحل:

— أولاً، من الضروري اختيار الخلايا وزراعتها؛

— ثم يتم إنشاء حامل الخلية (المصفوفة) باستخدام مواد متوافقة حيويا؛

- بعد ذلك، يتم وضع الخلايا على المصفوفة وتتكاثر في المفاعل الحيوي؛

- وأخيراً يتم وضع الزرعة في منطقة العضو الذي لا يعمل. إذا لزم الأمر، يتم إدخال الكسب غير المشروع أولاً في منطقة بها إمداد دم جيد للسماح لها بالنضوج (وتسمى هذه العملية بالتصنيع المسبق).

يمكن أن تكون المادة الأولية عبارة عن خلايا أنسجة تحتاج إلى تجديد، أو خلايا جذعية. في إنتاج المصفوفات، يمكن استخدام أنواع مختلفة من المواد (المركبة الحيوية، الاصطناعية، الخاملة بيولوجيا، البوليمر الطبيعي).

أين يتم استخدام الطعوم؟

• إنشاء نظائرها الجلدية الاصطناعية التي تساعد في التجدد جلدللحروق واسعة النطاق.
• تتمتع غرسات الأنسجة الهندسية أيضًا بإمكانات كبيرة في مجال أمراض القلب (النظائر البيولوجية لصمامات القلب، وإعادة بناء الشرايين والأوردة والشعيرات الدموية).
• بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدامها في إعادة بناء الجهاز التنفسي والجهاز الهضمي والجهاز البولي والغدد الإفرازية والداخلية.

أين تدرس لتصبح مهندس الأنسجة

في هذه اللحظةلا توجد في بلادنا برامج تعليمية توفر التدريب في هذا التخصص، ولا يوجد سوى عدد من المختبرات في معاهد البحوث المتخصصة في هندسة الأنسجة. يمكن للمتخصصين الراغبين في التطوير في هذا المجال الحصول على الأساسيات التعليم الطبي. يجب عليك أيضًا أن تفكر في إمكانية الدراسة في الخارج: فبرامج الماجستير في هذا التخصص تتطور بنشاط في الولايات المتحدة الأمريكية وأوروبا.

الصفات المهنية المهمة:

• التفكير المنهجي؛
• الاهتمام بالعمل في مجال متعدد التخصصات؛
• الاستعداد للعمل في ظروف عدم اليقين.
• مهتم بالابحاث؛
• الاستعداد للعمل الجماعي.

التخصصات الرئيسية:

• مادة الاحياء؛
• كيمياء؛
• الفيزياء؛
• الرياضيات؛
• المعلوماتية.

إنجازات هندسة الأنسجة الحديثة

تم إنشاء نظائرها من حلمات الثدي الأنثوية والمثانة والحالب المصممة بالأنسجة وتطبيقها بنجاح. تجري الأبحاث حاليًا لإنشاء عناصر الكبد والقصبة الهوائية والأمعاء.

تعمل مختبرات الأبحاث الرائدة على إعادة إنشاء عضو بشري آخر يصعب ترميمه - وهو السن. تكمن الصعوبة في حقيقة أن الخلايا السنية تتطور من عدة أنسجة لا يمكن إعادة إنتاجها. حاليا فقط المراحل الأولىتكوين الأسنان جاري الآن إنشاء عين صناعية المرحلة الأوليةومع ذلك، فقد أصبح من الممكن بالفعل تطوير نظائرها لأصدافها الفردية - القرنية والصلبة والقزحية.

وفي الوقت نفسه، تظل مسألة كيفية دمجها في كل واحد مفتوحة.

ونجحت مجموعة من العلماء الألمان من جامعة كيل في استعادة الفك السفلي للمريضة، والذي تمت إزالته بالكامل تقريبًا بسبب الورم.

وتم وضع الخلايا الجذعية للمريض، إلى جانب عوامل نمو العظام، في نسخة طبق الأصل من فكه، تم إنشاؤها من شبكة من التيتانيوم. ثم، خلال فترة الحضانة، تم وضع هذا الهيكل في عضلاته تحتها شفرة الكتف اليمنىومن حيث تم زرعها بعد ذلك في المريض.

من السابق لأوانه تحديد مدى فعالية هذا الفك. ومع ذلك، فهذه هي أول حالة موثوقة لزراعة العظام التي تمت زراعتها حرفيًا داخل جسم الإنسان.

في المستقبل، كما يقول كتاب الخيال العلمي، لعلاج مرض ما، لن تحتاج إلا إلى الذهاب إلى صيدلية تشبه مستودعًا لقطع الغيار. وحدد الرف المطلوب. هنا عيون احتياطية، وهنا أكباد، وكلى، وفي هذا الصندوق توجد أذرع وأرجل بأحجام مختلفة. ولم يكن الحالمون في هوليود متخلفين كثيراً عن الكتاب؛ بل إنهم أيضاً يصبون الوقود على نار هذا الموضوع: الأذرع والأرجل الجديدة المتنامية بشكل مذهل. من الأبطال الخارقين مثيرة للإعجاب. لكن في الحياة، بالطبع، كل شيء أكثر واقعية مما هو عليه على الشاشة. على الرغم من أن هناك بالفعل بعض المتطلبات الأساسية لكي يقوم الناس قريبًا "بتجربة" الأعضاء الاصطناعية الحيوية.

إن هندسة الأنسجة، وهي فرع سريع التطور من الطب وعلم الأحياء، تبعث الحياة في الخيال العلمي. يحاول المتخصصون في هذا المجال، الذين يدرسون بنية الأنسجة الحية، زراعتها ظروف المختبرومن ثم استخدام الأنسجة المصطنعة للزراعة. مثل هذا "الإنتاج" سيفتح آفاقًا خطيرة للغاية. فقط فكر في الأمر: سيتمكن الشخص المريض (الجريح، المعوق) من التعافي بسرعة، وسيحصل على مصدر لا ينضب لاستبدال الأعضاء التالفة. بعد كل شيء، الوتيرة الحالية للتحضر والتنمية الوسائل التقنيةومن الغريب أن يعرض سكان الأرض لمخاطر وأمراض متزايدة، وجميع أنواع الإصابات في الكوارث المختلفة، وبالتالي فإن مهمة مهندسي الأنسجة واسعة حقًا - تنمية العظام والغضاريف والأعضاء لتحل محل العظام التالفة.

مثل جميع فروع الطب، هندسة الأنسجة لها مصطلحاتها الخاصة وأساليبها المنهجية الخاصة. يبدأ أي إجراء "هندسة الأنسجة" بالحصول على المادة الخلوية الأولية - الخطوة الأولى. كقاعدة عامة، يتم إجراء خزعة لهذا الغرض، أي يتم أخذ خلايا من النوع المطلوب من مريض يحتاج إلى أنسجة اصطناعية بيولوجية. ومع ذلك، لا يمكن لجميع الخلايا أن تتكاثر بشكل مكثف بما فيه الكفاية في بيئة اصطناعية. ولذلك، هناك نهج آخر يتمثل في اختيار الخلايا السلفية غير المتمايزة، والتي تسمى الخلايا الجذعية، والتي سوف تنضج وتتخصص في المختبر. وهذا يحدد العلاقة بين هندسة الأنسجة وأبحاث الخلايا الجذعية. ومع ذلك، لا ينبغي المساواة بين هذين المجالين من أبحاث الطب الحيوي؛ فقد كان مهندسو الأنسجة يعملون على مشاريعهم قبل وقت طويل من أن يصبح مصطلح "الخلايا الجذعية" مألوفًا لعامة الناس.

والخطوة الثانية هي زراعة الخلايا التي تم الحصول عليها في ظروف المختبر (في المختبر) من أجل زيادة عددها عدة مرات. علاوة على ذلك، في حالة استخدام الخلايا (الجذعية) غير المتمايزة، يتم وضعها في بيئة خاصة، مما يؤدي إلى تحولها إلى خلايا من نوع محدد بدقة. ولفهم مدى تعقيد هذا الأمر، يكفي أن نقول إن هناك أكثر من 200 نوع من الخلايا في الجسم. ولتحقيق النتيجة المرجوة، تتم الزراعة في مفاعلات حيوية خاصة. فهي لا تحاكي فقط تكوين خليط الغاز ومجموعة المواد الموجودة في الوسط المغذي، ولكنها تحافظ أيضًا على المعلمات الفيزيائية اللازمة لتطوير الخلايا والأنسجة - الإضاءة أو التدفق أو نبض السائل، والجاذبية، وما إلى ذلك.

ولكن لتنمية الأنسجة الحية، لا يكفي مجرد الحصول على عدد كاف من الخلايا الضرورية، فمن الضروري أن يتم تنظيمها بشكل صحيح في الفضاء. ولذلك، فإن الخطوة التالية هي تشكيل سقالة ثلاثية الأبعاد - الناقل للأنسجة المطلوبة، والتي يمكن أن تتطور بشكل طبيعي وأداء وظائفها بعد الزرع في الجسم.

أخيرًا، نتيجة لكل هذه التلاعبات المعقدة، يظهر نسيج اصطناعي حيوي جاهز - الكسب غير المشروع -، ومن ثم المرحلة الأخيرةزرعها في جسم المريض (التطعيم). استخدام خلايا المريض نفسه لعمل طعم مبدأ اساسيهندسة الانسجة. من خلال أخذ الخلايا الذاتية، يتجنب الأطباء المشاكل المناعية مثل رفض المادة المزروعة، مما يؤدي إلى زيادة فرص نجاح العملية بشكل كبير.

في أصول هندسة الأنسجة
وباستثناء خلق حواء من ضلع آدم، بدأت زراعة الخلايا والأنسجة في أواخر القرن التاسع عشر. في عام 1885، تمكن عالم الأجنة الألماني فيلهلم رو من الحفاظ على صلاحية جزء من جنين دجاج في ظروف مصطنعة. ومع ذلك، لم يتحقق النجاح الحقيقي في زراعة الأنسجة خارج الجسم إلا بعد تجارب ر. جاريسون في عام 1907: حيث اقترح استخدام الدم المتجلط أو اللمف كوسيلة لتطوير الأنسجة في أطباق المختبر في المختبر.

جاءت هذه الطريقة إلى روسيا في عام 1913، عندما قام موظف في الأكاديمية الطبية العسكرية الإمبراطورية ب. أوروف وزميله أ.د. تمكن تيموفيفسكي من تنمية خلايا الدم البيضاء لبعض الوقت. وبعد مرور عام، أصبح عالم الأنسجة الروسي الكبير ألكسندر ألكساندروفيتش ماكسيموف، الأستاذ في نفس الأكاديمية، مهتمًا بهذه المشكلة، والذي لم يؤكد فقط النظرية الوحدوية لتكوين الدم بهذه الطريقة، أي أثبت أن جميع خلايا الدم تتطور من السلائف المشتركة - الخلايا الجذعية، ولكنها وضعت أيضًا الأساس لمزيد من التطورات في مجال زراعة الأنسجة خارج الجسم. واستنادًا إلى نتائجه، تم تنفيذ مئات الأعمال على تنمية الأنسجة الضامة وخلايا الدم وإنشاء أنسجة مُعادلة للأنسجة العظمية. أولويته في هذه الدراسات معترف بها في جميع أنحاء العالم.

بدأ العصر الحقيقي لهندسة الأنسجة، بل وظهورها كفرع مستقل من فروع الطب، بالعمل الجريء الذي قام به ك. فاكانتي بشأن الجمع بين الخلايا الحية والناقلات الاصطناعية لها في المختبر، وهو ما قام به في الثمانينيات من القرن الماضي. . ربما لم يتبق اليوم عضو بشري واحد لا يحاول مهندسو الأنسجة تطويره وتجديده "ترويضه".

نسيج الاعوجاج

يعد اختيار الناقل لتطوير الأنسجة الاصطناعية أحد أخطر المشكلات في هندسة الأنسجة. ويجب أن تكون مادته آمنة بالنسبة للخلايا التي ستعيش عليها وللجسم ككل، حيث سيتم بعد ذلك زرع الأنسجة الاصطناعية الحيوية. ومن الناحية المثالية، يتم استبدال المادة بالكامل بأنسجة الجسم بمرور الوقت. علاوة على ذلك، يجب أن يكون لها خاصية فريدة من نوعها من هذا النوعتنظيم الأنسجة ثلاثي الأبعاد الذي من شأنه أن يعيد إنتاج بنية المصفوفة بين الخلايا للأنسجة الحية. على سبيل المثال، لإعادة إنشاء الأعضاء الأنبوبية المجوفة، يتم استخدام أجزاء من الأعضاء المماثلة (الأمعاء والقصبة الهوائية والحالب والمثانة) التي تم الحصول عليها من الحيوانات الكبيرة، الخالية من الخلايا القابلة للحياة. ولكن يمكن استخدام مواد أخرى متنوعة للغاية وغير متوقعة في بعض الأحيان كمثل هذه الناقلات.

لقد تبين أن أسهل شيء (إذا كان من المناسب على الإطلاق الحديث عن البساطة هنا) هو إنشاء عظام اصطناعية بيولوجية. تُستخدم الخلايا الجذعية اللحمية لنخاع العظم كمصادر لخلايا العظام المستقبلية، والتي يمكن أن تتطور إلى خلايا من أنسجة مختلفة، بالإضافة إلى خلايا عظمية (قادرة على تكوين أنسجة العظام) خلايا من أصل مختلف. يظهر المجال الحقيقي للخيال عند اختيار وسيلة لهم. يتم استخدام الكولاجين بأنواعه المختلفة والمواد الزجاجية البلورية وحتى المرجان. الأساس الجيد هو عظام البشر والحيوانات التي لا حياة لها، بالإضافة إلى الهياكل الاصطناعية المعقدة التي تذوب بمرور الوقت. فترة معينةفي الكائن الحي. في الحالة الأخيرة، المشكلة الرئيسية هي تزامن عملية تكوين العظم، أي تكوين الأنسجة العظمية في المنطقة التي تعاني من نقصها وانحلال البنية الاصطناعية المدخلة. حتى الآن، تم بالفعل الانتهاء من عدة آلاف في جميع أنحاء العالم. التدخلات الجراحيةباستخدام معادلات العظام المهندسة الأنسجة.

طلب كبير في السوق الخدمات الطبيةإعادة بناء الخلايا والأنسجة للغضروف المفصلي. الغضروف هو نسيج خاص لا يتجدد في الظروف الطبيعية. ووفقاً لبعض تقديرات الخبراء، فإن سوق هذه المنتجات في الولايات المتحدة وحدها يمكن أن تصل قيمته إلى مئات الملايين من الدولارات سنوياً.

لم يتجاهل مهندسو الأنسجة الجلد أكثر من غيرهم عضو كبيرعلى جسم الإنسان. تبلغ المساحة الإجمالية لجلد الذكر البالغ 2.5 م2 بوزن 15×20 كجم (بما في ذلك الأنسجة تحت الجلد). الجلد معقد للغاية ويؤدي عددًا من الوظائف الحيوية وظائف مهمةوهذا هو السبب في أضرارها الواسعة بالإضافة إلى الاضطرابات المحلية العامة المظاهر المرضيةمما يعرض حياة المريض للخطر في بعض الأحيان. في حروق شديدةوالقروح غير القابلة للشفاء على المدى الطويل، حيث يكون الجلد غير قادر على استعادة سلامته من تلقاء نفسه. المتخصصون الذين ليس لديهم بالفعل نماذج أولية مختبرية فحسب، بل أيضًا العينات التجاريةالجلود الاصطناعية الحيوية. اليوم، استخدم الآلاف من الأشخاص حول العالم بالفعل خدمات الشركات التي تقدم مستحضرات الأنسجة المماثلة في سوق الخدمات الطبية.

لكن مهندسي الأنسجة حققوا أروع النتائج في ممارسة الأطفال. يفرض الكائن المتنامي متطلبات خاصة على إنشاء هياكل الأنسجة، لأنها يجب أن تنمو مع جسم الطفل. وهكذا، قام العلماء الألمان مؤخرًا بإنشاء هندسة الأنسجة صمام القلب. كأساس للخلايا جدار الأوعية الدموية(البطانة) مأخوذة من صمام قلب خنزير بالغ. وكان مصدر المادة الخلوية هو خلايا دم الحبل السري للطفل. بالمناسبة، حتى وقت قريب، تم التخلص من دم الحبل السري مع المشيمة أثناء الولادة، ولكن الآن تشير المزيد والمزيد من الأدلة إلى أن تخزين هذه الخلايا في بنوك الدم في حالات معينة يمكن أن يوفر فرصة لإنقاذ حياة الشخص.

الفك الاصطناعي
منذ وقت ليس ببعيد، أبلغت مجموعة من المتخصصين الألمان من مدينة كيل، بقيادة باتريك وارنكي، عن إعادة بناء ناجحة للفك السفلي، الذي تمت إزالته بالكامل تقريبًا بسبب تلف الورم. في البداية، كان على الأطباء إنشاء إطار فك من التيتانيوم مملوء بمصفوفة العظام ونخاع عظام المريض وعوامل نمو العظام. ومع ذلك، لا يمكن وضع مثل هذا الجزء الكبير على الفور في منطقة الضرر، لأن خلايا نخاع العظم، بما في ذلك الخلايا الجذعية، المحرومة من شبكة الأوعية الدموية الخاصة بها، لن فقط لن تتمايز إلى خلايا عظمية (الخلايا التي تنتج الأنسجة العظمية)، ولكن سوف يموت أيضا من مجاعة الأكسجينونقص العناصر الغذائية. لذلك، تم إدخال الهيكل الناتج في عضلات الظهر. تم ذلك بحيث في سماكة العضلات المزودة بالدم بشكل مكثف، نمت الأوعية نفسها إلى سماكة "البدلة البيولوجية". عندما حدث ذلك، تمت إزالة الهيكل وزرعه في مكانه الصحيح، بعد أن تم ربط أوعية الفك السفلي والأطراف الصناعية الحيوية سابقًا جراحيًا مجهريا.

يتم تنفيذ المزيد والمزيد من هذه العمليات أو عمليات مماثلة كل عام. فهي لا تسمح فقط باستعادة وظيفة العضو المفقود، بل توفر أيضًا تأثيرًا تجميليًا جماليًا.

أوعية للأنسجة!

أحد العوامل التي تحد من خيال مهندسي الأنسجة هو استحالة إنشاء هياكل كبيرة نسبيًا بسبب نقص إمدادات الدم الكافية والتعصيب (الاتصال بالجهاز العصبي المركزي). تتعرض هياكل الأنسجة المهندسة التي تمت إزالتها من البيئة الاصطناعية لخطر الموت بسبب عدم احتوائها على أوعية دموية ولن يتم إمدادها بشكل كافٍ في جسم المريض العناصر الغذائية. يمكن حل هذه المشكلة جزئيًا عن طريق طريقة التصنيع المسبق - الوضع المؤقت لبنية الأنسجة الهندسية التي تم إنشاؤها في المختبر تحت الجلد أو بين العضلات. بعد مرور بعض الوقت، عندما تنمو الأوعية الدموية عبر حجم الكسب غير المشروع بالكامل، يتم عزلها والحفاظ على الأوعية ونقلها إلى المنطقة المتضررة. ومع ذلك، يرتبط هذا النهج بصدمة جراحية إضافية للمريض، لذلك وجد مهندسو الأنسجة حلاً مبتكرًا: الأنسجة الاصطناعية الحيوية، والأوعية الاصطناعية الحيوية! تم تنفيذ العمل الأول باستخدام الأنابيب الدقيقة البوليمرية المبطنة بالبطانة من الداخل. تخترق هذه الأنابيب كامل سماكة القماش الذي تم تصنيعه في المختبر. تدريجيا، يذوب البوليمر ولا يتعارض مع تبادل الغازات والمواد المغذية بين الدم والخلايا.

اليوم، لا شيء عمليًا يحد من قدرات مهندسي الأنسجة. لم يتم إنشاء نماذج مختبرية فحسب، بل تم أيضًا استخدام معادلات الأنسجة المهندسة لحلمات الغدة الثديية والمثانة الاصطناعية الحيوية والحالب في الممارسة السريرية. الأساليب المنهجية لإنشاء الرئتين والكبد والقصبة الهوائية والأمعاء وحتى الأجسام الكهفيةقضيب.

يعد بناء الأعضاء المتني - الكبد والرئتين وغيرها - أمرًا صعبًا بشكل خاص، نظرًا لأن جميع الخلايا الموجودة فيها في علاقة دقيقة ويجب أن تحتل مكانها الصحيح في الفضاء ثلاثي الأبعاد. وقد لوحظت نتائج إيجابية غير متوقعة عندما تم زراعة الخلايا في وضع معلق دون التصاقها بالسطح. استخدم فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور كولين ماكجوكين من جامعة نيوكاسل بالمملكة المتحدة، مفاعلًا حيويًا دوارًا تم تطويره قبل 10 سنوات خصيصًا لمحطة الفضاء الدولية. يسمح لك بمحاكاة ظروف انعدام الوزن والجاذبية الصغرى على الأرض. اتضح أنه من خلال زراعة الخلايا الجذعية لدم الحبل السري فيه، من الممكن تحقيق ليس فقط تحولها إلى خلايا كبد نشطة وظيفيًا، ولكن أيضًا تكوين الأعضاء - تكوين نظير لأنسجة الكبد بوظائفها المتأصلة.

لم تكن النتائج أقل إثارة للدهشة من خلال التجارب التي أجريت على مزارع الخلايا المشبعة بالجسيمات النانوية المعدنية من خلال الجسيمات الشحمية التي تخترق غشاء الخلية بحرية. إن وجود مثل هذه الهياكل داخل الخلية ليس له أي تأثير عليها تقريبًا. لكن العلماء قادرون على التحكم في نمو الخلايا عن طريق تعريضها لمجالات مغناطيسية ذات اتجاهات مختلفة. وبهذه الطريقة، كان من الممكن إنشاء ليس فقط نظائرها لهياكل الكبد، ولكن أيضًا هياكل معقدة مثل عناصر شبكية العين. لا يزال تطوير العين المهندسة الأنسجة في ذروته. المراحل الأوليةولكن أصبح من الممكن بالفعل الحصول على معادلات لأجزائه الفردية - القرنية والصلبة والقزحية. صحيح أن مشكلة دمج الأجزاء المستلمة لم يتم حلها بعد. ومع ذلك، في الأدبيات العلمية، يمكنك العثور على معلومات حول زرع الخلايا الحساسة للضوء - قضبان ومخاريط - في "قدس الأقداس" للعين - شبكية العين، على الرغم من أن الظروف التجريبية فقط حتى الآن.

ربما، لكي يشعر مهندسو الأنسجة أخيرًا بالقدرة المطلقة، عليهم فقط أن يتعلموا كيفية إعادة إنشاء مشتقات معقدة من أساسيات الأعصاب في المختبر.

في المختبرات الغربية والمحلية الرائدة، يحاول المتخصصون إعادة إنتاج تطور عضو آخر يصعب للغاية استعادته: السن. ترجع الصعوبات في إنشائها إلى أن مكونات السن تتطور من مصادر مختلفة: بعضها من مشتقات العرف العصبي للجهاز العصبي، وبعضها من البطانة الظهارية تجويف الفم. ولم يكن من الممكن الجمع بين هذه المصادر في المختبر لفترة طويلة. حتى الآن، يتم استنساخها جزئيا فقط في ظل ظروف اصطناعية المراحل الأولىتطور الأسنان. كقاعدة عامة، دون مساعدة الجسم، لا يمكن الاستغناء عنها حتى بعد المرحلة العمل المختبريلا يزال يتعين زرع النموذج الأولي للسن المستقبلي في بيئته الطبيعية - سنخ الفك (محجر السن) - من أجل "النضج" الكامل للبنية المهندسة للأنسجة.

ونتيجة لذلك، يمكننا القول أن السنوات العشرين الماضية تميزت بظهور فرع جديد من علم الأحياء والطب - هندسة الأنسجة. يتمتع المتخصصون العاملون في هذا المجال بصفات فريدة حقًا. يجب أن يكونوا أطباء وعلماء أحياء على حد سواء، وأن يتمتعوا أيضًا بمهارات الجراح. هذه ليست مستعدة في أي مكان الآن، على الأقل في بلدنا. كقاعدة عامة، مهندسو الأنسجة هم من المتحمسين الذين وضعوا لأنفسهم هدف تحويل حكاية الطفولة الخيالية إلى حقيقة. وحتى الآن، فإن المشكلة الإنسانية العالمية التي يتعاملون معها لا تزال بعيدة عن الحل. كل عام يموت مئات الآلاف من الأشخاص حول العالم بسبب الأمراض المزمنة، دون انتظار عملية زرع عضو منقذ للحياة. اليوم، على ما يبدو، لا يوجد علماء ينكرون أن هندسة الأنسجة هي طب المستقبل، ونجاحها له أهمية كبيرة للبشرية جمعاء. ولكن في الوقت نفسه، من الصعب العثور على متخصص يشجع الجميع دون قيد أو شرط على العلاج باستخدام أساليب هندسة الأنسجة، فهناك الكثير من الأسئلة والمشاكل التي لم يتم حلها والتي تواجه هذا المجال المعرفي الواعد للغاية.

المواقع ذات الصلة
موقع الويب www.celltranspl.ru " تقنيات الخليةفي الطب". توجد هنا أيضًا المجلة الإلكترونية "زراعة الخلايا وهندسة الأنسجة".

www.gemabank.ru الموقع الإلكتروني لبنك الخلايا الجذعية Gemabank مخصص لموضوع تخزين واستخدام دم الحبل السري.

Organprint.missouri.edu موقع إلكتروني لمجموعة علمية من جامعة ميسوري بالولايات المتحدة الأمريكية، مخصص للأعضاء الاصطناعية المطبوعة على طابعة متخصصة.