Перспективи за развитие на трансплантацията на клетки

Развитието на съвременната клетъчна трансплантация и неговото прилагане в клиниката през последното десетилетие е позволил да се удължи живота на много хиляди пациенти. В момента, изучаването на клетъчната трансплантация остава един от най-бързо развиващите се райони на биологията и медицината. Още в процес на клинично изпитване, методи, като например:

- трансплантация на собствени хематопоетични клетки в множествена склероза, системен лупус еритематозус, ревматоиден артрит;
- хематопоетични клетки трансплантация при лечение на злокачествени тумори на бъбреците, рак на гърдата и задстомашната жлеза, мозъка;
- донор трансплантация на стволови клетки за предотвратяване на реакция "трансплантат срещу гостоприемник", след като предишната трансплантация на хематопоетични клетки;
- адаптивна имунотерапия (цитотоксични Т лимфоцити) в онкологията, клетъчна onkovaktsiny;
- миобласти трансплантация на скелетна мускулна тъкан;
- трансплантация на нервните клетки при пациенти със синдром на след удар;
- трансплантация на собствени и донорни клетки от костен мозък за подобряване на възстановяването на костни фрактури.

Напредъкът в изследванията на стволови клетки до голяма степен се дължи на повишения интерес на учени и клиницисти в перспективите за тяхното използване при лечение на заболявания в момента разглеждат нелечимо. Все пак, това повдига много етични въпроси (като се използва като присадени материал ембрионални човешки клетки), както и въпроси, свързани с регулирането на правна клетъчни технологии. В развитието на клетъчната технология се считат следните области, за да бъде най-обещаващите:

- изолиране и трансплантация на стволови клетки, включително и собствените клетки на пациента;
- идентифициране на субпопулации на стволови клетки и клонове;
- безопасността на изпитване трансплантация (инфекциозна, онкогенна, мутагенни), изтегляне "клетъчни паспорти";
- изолиране на отделните линии от ембрионални стволови клетки чрез ядрен трансфер соматични клетки;
- корекция на генетични дефекти пренатална трансплантация на клетки или комбинация от методи ядрен трансфер и генетична терапия.

тъканно инженерство

Една от областите на биотехнологиите, която се занимава с изграждането на заместник-биологични тъкани и органи е тъканното инженерство (TI).

Модерен тъканното инженерство започва да се оформя като самостоятелна дисциплина, след като работата на DR Walter и FR Meyer (1984), който е в състояние да възстанови увредена роговицата с помощта на пластмасов материал, изкуствено отгледани от клетки, взети от пациента. Този метод се нарича keratinoplastika. След симпозиума, организиран от Националната фондация за наука на САЩ (NSF) през 1987 г., тъканното инженерство се счита за ново научно направление в медицината. Към днешна дата, по-голямата част от работата в тази област провеждат на лабораторни животни, но някои от технологиите, които вече се използват в медицината.

Създаването на изкуствени органи се състои от няколко етапа (фиг. 2).

Фиг. 2. Схема на обработка на тъканно инженерство конструкции

В първия етап взети самостоятелно или донор клетъчен материал (биопсии), изолирани клетки тъканно-специфични и ги култивира. Съставът на тъканно инженерство строителство или присадка, специален носител (матрица) влиза освен клетъчната култура. Матрици могат да бъдат направени от различни биосъвместими материали. Клетки култури, получени са приложени към матрица, след което като триизмерна структура се прехвърля в хранителна среда bioreaktor1 където инкубира в продължение на определен период от време. Първите биореактори са създадени за производство на изкуствен чернодробната тъкан.

За всеки тип култивирана присадка избран специални условия на култивиране. Например, за да се създадат изкуствени артерии използват биореактор поток, в който културалната среда се поддържа постоянен поток с променлива налягане импулс симулиране на пулсациите на кръвния поток.

Понякога, когато създаването на присадка използване на сглобяеми елементи технология: проектиране е поставен на първо място в постоянно място, а площта е добре снабдени с кръв, за съзряването и формирането на микроциркулацията в рамките на присадката.

Както клетъчен материал за създаване на изкуствени органи използва клетъчна култура, съдържаща се регенерира тъкан или са техни предшественици. Например, при получаването на присадка за фаланга на възстановяване се използват техники, насочени индуциране на диференцирането на костен мозък стволови клетки в костни клетки.

Ако присадката използва, за да създадете свой собствен клетъчен материал пациент, е почти пълна интеграция на присадката с началото на възстановяването на функциите на органите възстановена. В случай на присадка от донорни клетки в тялото включва механизми за индукция и стимулиране на репаративна активност на себе си, и за 1-3 месеца напълно заменят собствените си клетки срутване присадени клетки.

Biomaterials се използват за получаване на матрици трябва да бъдат биологично инертни и след graftinga (прехвърлящите в тялото) осигуряване локализацията прилага към него клетъчен материал на определено място. Повечето тъкан инженерни биоматериали са лесно унищожени (резорбира) в организма и заменени от собствените си тъкани. Това не трябва да се образува междинни съединения, притежаващи токсичност, рН модифициращи тъкан или нарушават растежа и диференциацията на клетъчната култура. Nerezorbiruemye материали, които не се използват, тъй като те ограничават регенеративна активност, доведе до прекомерно образуване на съединителна тъкан, предизвиква реакция на чуждо тяло (капсулиране).

За създаване на тъкани и органи, се използват главно синтетични материали на основата на полимери на естествени материали (хитозан, алгинат, колаген) и biocomposite материали (Таблица. 3).

Таблица 3. Класове на биоматериали, използвани в тъканното инженерство.

Ремоделиране замяната на собствените белтъци

Конци материал в TI (триизмерен модел, филмът) като матрица среда за почти всички клетъчни култури

Един от първите в тъканното инженерство са използвани синтетични биоразградими биоматериали на базата на полимери с органични киселини, като млечна (PLA, полилактат) и гликолова (PGA, полигликолид). В този случай, полимерът може да бъде включена като един вид киселина част, и комбинации от тях в различни пропорции. Матрици на базата на органични киселини образуват основата за създаването на тези органи и тъкани като кожа, кости, хрущял, сухожилия, мускули (набраздена, гладка и сърдечна), тънките черва и т.н. Въпреки това, тези материали имат недостатъци. PH промяна на заобикалящата тъкан при разцепване в тялото и недостатъчно механична якост, която позволява използването им като гъвкав материал за матриците и субстрати.

Специално място сред материали за носител биоматрикс заемат колаген, хитозан и алгинат.

Колагенът е практически не антигенни свойства. Използва се като шаблон, той се разрушава поради ензимна хидролиза и заменен от структурно собствени протеини, синтезирани от фибробласти. Колаген матрица могат да бъдат произведени с желани свойства за реконструкция на почти всички органи и тъкани. В качеството си на природен тъкан (извънклетъчна) протеин, той е напълно подходящ като носител на клетъчна култура, осигуряване на развитие и растеж на тъканите.

Алгинат - полизахарид от водорасли, може да се използва като носеща матрица, но не притежават достатъчно биосъвместимост и оптимални механични свойства. Той обикновено се използва под формата на хидрогелове за възстановяване на хрущяла и нервната тъкан.

Chitosan - полизахарид азот-съдържащ, който е основният компонент на външната обвивка на насекоми, паякообразни и ракообразни. Това биоматериал се получава от хитинови черупки от ракообразни и мекотели. Понастоящем отбележи комбиниран състав лекарство - колаген хитозан комплекс. В лабораторни и клинични изследвания са показали си инертност и способността да поддържа както жизнеспособността на клетъчната култура ин витро. и ин виво. Този комплекс е разрешено от Министерството на здравеопазването на Руската федерация като дресинг, зарастване на рани от агенти и вече се използва в клиничната практика в хирургия и стоматология.

Съвременните възможности за тъканно инженерство

Повечето изследвания в областта на тъканното инженерство, насочени към получаването на определена тъкан еквивалент. Най-проучен областта на тъканното инженерство - възстановяването на съединителната тъкан, особено костта. В първото проучване реконструкция osteochondral фрагмент заек бедрената кост е описано в областта. Основният проблем пред изследователите е изборът на биоматериал, и взаимодействието на кости и хрущяли тъканни присадки. Еквиваленти кост получава чрез насочена диференциацията на костния мозък стволови клетки, кръв от пъпната връв или мастната тъкан. След това, полученият остеобласти се прилага на различни материали, техните подкрепа разделяне, -. А донор кост, PGA, колагенови матрици, порест хидроксиапатит и др Graft незабавно поставени в дефекта или предварително инкубирани в меки тъкани. Основният проблем на такива конструкции изследователи вярват, несъответствие на кръвоносните съдове в размер на нова тъкан и времето на клетъчния живот в дълбочината на присадката. За да се реши този проблем, присадката се поставя около големите съдове.

Хистогенеза мускулната тъкан до голяма степен зависи от развитието на невромускулни взаимодействия. Липсата на адекватни структури инервация на мускулната тъкан, не ни позволява да се създаде функционираща тъканни еквиваленти набраздената мускулна тъкан. Гладката мускулатура по-малко чувствителни към денервация, като Той има някои способност да автоматизъм. Гладка структура мускулна тъкан се използва за създаването на органи като уретера, пикочния мехур, червата тръбата. Напоследък все повече и повече внимание се отделя за да се опита да възстанови сърдечния мускул използване присадки, съдържащи сърдечни миоцити, получени чрез насочена диференциация на недиференцирани клетки от костен мозък.

Един от най-важните области на тъканното инженерство е производството на кожни еквиваленти. Дневна кожни еквиваленти, съдържа донор или вашите собствени кожни клетки, в момента се използва широко в САЩ, Русия и Италия. Тези конструкции позволяват да се подобри лечението на обширни изгаряния повърхности.

Основните елементи на прилагането на тъканното инженерство в кардиологията могат да се считат като създаването на изкуствени сърдечни клапи, реконструкция на големите кръвоносни съдове и капилярни мрежи. Имплантите направени от синтетични материали са краткотрайни и често водят до образуването на кръвни съсиреци. При използване на тръбна (съдова) присадки на биоразградими матрици положителни резултати при опити с животни, обаче, проблемът остава нерешен контролирано трайност и здравина на присадка стена резистентност пулсиращо кръвно налягане.

Създаване изкуствени капилярни мрежи важни за лечение на патологии на микроциркулацията на кръвта в заболявания като оклузивна болест, диабет и други. Положителни резултати са получени при използване на биоразградими присадки, направени във формата на васкулатурата.

Възстановяване дишане органи като ларинкса, трахеята и бронхите, също така е възможно с помощта на тъканни структури на биоразградими или композитни материали, покрити с тези епителни клетки и хондробласти.

Болести и дефекти на тънките черва, придружени от значително съкращаване му на олово до факта, че пациентите имат живот получават специална хранителна смес и парентерални разтвори. В такива случаи на удължаване на функционалната част на тънките черва - единственият начин да се облекчи тяхното състояние. производство на присадката алгоритъм свежда до следното: биоразградим мембрана прилага към клетки от епителен и мезенхимен произход и се поставя в жлеза или черва мезентериална съзряване. След известно време собствената си черво е свързан с присадката. експерименти с животни показват подобрено всмукване активност, но поради липса на инервация изкуствено черво липсва способността да регулира подвижността и секреторна активност.

Основната трудност в черния дроб тъканно инженерство е образуването на тримерна тъкан структура. Оптимално Биоматрикс за клетъчна култура е извънклетъчната матрица на черния дроб. Изследователите смятат, че ще доведе до успех използването на порести биополимерите с желаните свойства. Правят се опити за прилагане на постоянно магнитно поле на триизмерната организация на клетъчната култура. Нерешени проблеми за доставка на по-големи присадки и отстраняване на жлъчни кръв, тъй като не присадка жлъчните пътища. Въпреки това, съществуващите техники вече позволяват компенсират някои генетични аномалии в чернодробната ензимни системи, както и облекчаване на симптомите на хемофилия в лабораторни животни.

Изграждане на жлезите с вътрешна секреция е в процес на експериментални процедури за изпитване при лабораторни животни. Най-големият успех е постигнат в тъкан инженерни слюнчените жлези, структури получени съдържащ панкреасни клетки.

Малформации на отделителната система са до 25% от всички малформации. Тъканно инженерство е много популярен в тази област на медицината. Създаване еквиваленти бъбречната тъкан - една доста трудна задача, и се опитват да се реши този проблем, като се използва технология за директно използване на органогенезата ембрионална бъбречна тъкан показалец. В лабораторни животни е доказано, способността за възстановяване на различни органи и тъкани на отделителната система.

Един от най-големите предизвикателства е възстановяването на органи и тъкани от нервната система. Tissue-инженерни съоръжения могат да бъдат използвани, за да се възстанови както на централната и периферната нервна система. Както клетъчен материал за ремонт на гръбначния мозък могат да бъдат използвани клетки на обонятелни луковици и биоразградими триизмерни гелове. За периферната нервна системи използват биоразградими тръбни присадки в който растеж на аксоните се извършва от Schwann клетки.

Създаването на изкуствени органи ще премахне повечето от трансплантацията на органи, подобряване на качеството на живота и оцеляването на пациентите. В близко бъдеще, тези технологии ще се реализират във всички области на медицината.