Funkcionalni inženjering koštanog tkiva: impulsi i strukture skela. Inženjer tkiva Profesionalno važne kvalitete
Pošaljite svoj dobar rad u bazu znanja je jednostavno. Koristite obrazac ispod
Studenti, postdiplomci, mladi naučnici koji koriste bazu znanja u svom studiranju i radu biće vam veoma zahvalni.
Objavljeno na http://www.allbest.ru/
Objavljeno na http://www.allbest.ru/
Makeevskaya srednja škola I - III nivoa №72
na temu: Inženjering tkiva u medicini
Završeno:
Shujaulla Kamil
Uvod
1.1 Primarne ćelije
1.2 Matične ćelije
3.2 3D bioprinting
4. Kultivacija tkiva
4.7 Koštana srž
5 Uzgoj organa
5.1 Bešika
5.2 Traheja
5.4 Jetra
5.5 Srce
5.6 Pluća
Zaključak
Aplikacija
Uvod
Jedan od pravaca biotehnologije, koji se bavi stvaranjem bioloških supstituta za tkiva i organe, je tkivni inženjering (TI).
Inženjering tkiva je stvaranje novih tkiva i organa za terapijsku rekonstrukciju oštećenog organa isporukom potpornih struktura, ćelija, molekularnih i mehaničkih signala do željenog područja za regeneraciju.
Trenutno, tkivni inženjering počinje da se koristi u kliničkoj praksi za lečenje degenerativnih bolesti i malformacija; sa opekotinama i povredama, sa kasnom hidro- i ureterohidronefrozom, kao i sa stomatološkim i estetskim operacijama.
Savremeni razvoj biomedicine, a posebno tkivnog inženjeringa; može se koristiti za poboljšanje efikasnosti tretmana u obnavljanju izgubljenih funkcionalno značajnih tkiva.
1. Ćelije za tkivno inženjerstvo
Najvažniji element uspjeha je dostupnost potrebnog broja funkcionalno aktivnih stanica koje su u stanju da se diferenciraju, održavaju odgovarajući fenotip i obavljaju specifične biološke funkcije. Izvor ćelija mogu biti tjelesna tkiva i unutrašnji organi. Moguće je koristiti odgovarajuće ćelije od pacijenta kome je potrebna rekonstruktivna terapija, ili od bliskog srodnika (autogene ćelije). Mogu se koristiti ćelije različitog porekla, uključujući primarne i matične ćelije.
1.1 Primarne ćelije
Primarne ćelije su zrele ćelije specifičnog tkiva koje se hirurškim putem mogu uzeti direktno iz organizma donora (ex vivo). Ako se primarne ćelije uzmu od određenog donorskog organizma, a potom se te ćelije u njega ugrađuju kao primaoca, tada je isključena verovatnoća odbacivanja implantiranog tkiva, jer postoji maksimalna moguća imunološka kompatibilnost primarnih ćelija. i primaoca. Međutim, primarne ćelije se u pravilu ne mogu dijeliti - njihov potencijal za reprodukciju i rast je nizak.
Kod kultivacije takvih ćelija in vitro (putem tkivnog inženjeringa), za neke tipove ćelija moguća je dediferencijacija, odnosno gubitak specifičnih, individualnih svojstava. Na primjer, hondrociti uvedeni u kulturu izvan tijela često proizvode vlaknastu, a ne prozirnu hrskavicu.
Budući da primarne ćelije nisu sposobne da se dijele i mogu izgubiti svoja specifična svojstva, postoji potreba za alternativnim izvorima ćelija za razvoj tehnologija ćelijskog inženjeringa. Matične ćelije su postale takva alternativa.
1.2 Matične ćelije
Matične ćelije su nediferencirane ćelije koje imaju sposobnost da se dijele, samoobnavljaju i diferenciraju u različite vrste specijaliziranih stanica pod utjecajem specifičnih bioloških stimulansa.
Matične ćelije se dijele na "odrasle" i "embrionalne"
Izvor "odraslih" matičnih ćelija je krv iz pupčane vrpce prikupljena nakon rođenja djeteta. Ova krv je veoma bogata matičnim ćelijama. Uzimanjem ove krvi iz pupčane vrpce djeteta i stavljanjem u kriobanku (posebno skladište), matične ćelije se kasnije mogu koristiti za obnavljanje gotovo svakog tkiva i organa ove osobe. Također je moguće koristiti ove matične ćelije za liječenje drugih pacijenata, pod uvjetom da su kompatibilne s antigenom. Američki naučnici su iz ljudske posteljice (tamo je njihov broj 10 puta veći nego u krvi pupčanika) dobili matične ćelije koje se mogu transformisati u kožu, krv, mišiće i nervne ćelije.
Izvor druge vrste matičnih ćelija, fetalnih (embrionalnih) matičnih ćelija, je abortivni materijal 9-12 nedelja trudnoće. Ovaj izvor je daleko najčešće korišten. Ali, osim etičkih i pravnih nesuglasica, fetalne stanice ponekad mogu uzrokovati odbacivanje transplantata. Osim toga, upotreba neprovjerenog abortivnog materijala prepuna je infekcije pacijenta virusnim hepatitisom, AIDS-om, citomegalovirusom itd.
Za usmjeravanje organizacije, održavanje rasta i diferencijacije stanica u procesu rekonstrukcije oštećenog tkiva potreban je poseban ćelijski nosač - matriks, koji je trodimenzionalna mreža slična spužvi ili plovućcu (dopunska slika 3) . Za njihovu izradu koriste se biološki inertni sintetički materijali, materijali na bazi prirodnih polimera (hitozan, alginat, kolagen) i biokompoziti. Na primjer, ekvivalenti koštanog tkiva dobivaju se usmjerenom diferencijacijom matičnih stanica koštane srži, krvi pupčanika ili masnog tkiva u osteoblaste, koji se zatim primjenjuju na različite materijale koji podržavaju njihovu diobu (na primjer, donorska kost, kolagen matrice itd.).
2. Faze stvaranja vještačkih organa
Do danas je jedna od strategija tkivnog inženjeringa sljedeća:
1. Selekcija i uzgoj vlastitog ili donatorskog ćelijskog materijala.
Ćelijski materijal mogu biti regenerisane ćelije tkiva ili matične ćelije.
U prvoj fazi odabire se vlastiti ili donorski stanični materijal (biopsija), izoliraju se i kultiviraju tkivno specifične stanice. Sastav tkivno-inženjerske strukture, odnosno grafta, pored ćelijske kulture uključuje i poseban nosač (matriks)
2. Razvoj posebnog ćelijskog nosača (matrice) na bazi biokompatibilnih materijala
Matrice se mogu napraviti od raznih biokompatibilnih materijala. Za izradu matrica transplantata koriste se biološki inertni sintetički materijali, materijali na bazi prirodnih polimera (hitozan, alginat, kolagen), kao i biokompozitni materijali. Na primjer, ekvivalenti koštanog tkiva se dobivaju ciljanom diferencijacijom koštane srži, krvi pupčanika ili matičnih stanica masnog tkiva. Ćelije dobivene kulture se nanose na matriks. inženjerski rast organa tkiva
3. Primena ćelijske kulture na matriks i razmnožavanje ćelija u bioreaktoru sa posebnim uslovima kultivacije
Gdje se kultura inkubira određeno vrijeme. Prvi bioreaktori su stvoreni za proizvodnju umjetnog tkiva jetre.
4. Direktno uvođenje transplantata u područje zahvaćenog organa ili preliminarno postavljanje u prostor koji je dobro snabdjeven krvlju za sazrijevanje i stvaranje mikrocirkulacije unutar grafta (prefabrikacija)
Biomaterijali koji se koriste za dobijanje matrica moraju biti biološki inertni i, nakon presađivanja (prenosa u tijelo), osigurati lokalizaciju ćelijskog materijala koji se na njima taloži na određenom mjestu. Većina biomaterijala tkivnog inženjeringa lako se uništava (resorbira) u tijelu i zamjenjuje vlastitim tkivima. U tom slučaju ne bi se trebali formirati međuprodukti koji su toksični, mijenjaju pH tkiva ili ometaju rast i diferencijaciju ćelijske kulture. Neresorbirajući materijali se gotovo nikada ne koriste, jer ograničavaju regenerativnu aktivnost, izazivaju prekomjerno stvaranje vezivnog tkiva, izazivaju reakciju na strano tijelo (inkapsulacija)
Živi ekvivalenti kože koji sadrže donorske ili vlastite ćelije kože trenutno se široko koriste u SAD-u, Rusiji i Italiji. Ovi dizajni poboljšavaju zacjeljivanje velikih površina opekotina. Razvoj transplantata se obavlja iu kardiologiji (vještački srčani zalisci, rekonstrukcija velikih krvnih žila i kapilarne mreže); za obnavljanje respiratornih organa (larinksa, dušnika i bronhija), tankog creva, jetre, organa mokraćnog sistema, endokrinih žlezda i neurona. Metalne nanočestice u tkivnom inženjerstvu koriste se za kontrolu rasta ćelija izlažući ih magnetnim poljima različitih pravaca. Na primjer, na ovaj način je bilo moguće stvoriti ne samo analoge struktura jetre, već i tako složene strukture kao što su elementi mrežnice. Takođe, nanokompozitni materijali kreirani metodom litografije elektronskim snopom (elektronska litografija, EBL) obezbeđuju nanorazmernu hrapavost površine matrica za efikasno formiranje koštanih implantata. Stvaranje umjetnih tkiva i organa omogućit će odbijanje transplantacije većine donatorskih organa, poboljšati kvalitetu života i preživljavanje pacijenata.
3. Osnovne metode tkivnog inženjeringa
3.1 Simulacija prirodne organogeneze
Organogeneza - proces formiranja organa tokom embrionalnog razvoja
Organogeneza je praćena diferencijacijom ćelija, tkiva, selektivnim i neravnomjernim rastom pojedinih organa i dijelova tijela, nastavlja se u larvi i završava u juvenilnom periodu.
3.2 3D bioprinting
Obećavajuće tehnologije tkivnog inženjeringa otvorile su mogućnost laboratorijskog stvaranja živih tkiva i organa, ali je nauka i dalje nemoćna pred stvaranjem složenih organa. Međutim, relativno nedavno, naučnici predvođeni dr. Gunterom Tovarom iz Fraunhoferovog društva u Njemačkoj napravili su veliki iskorak na polju tkivnog inženjeringa – razvili su tehnologiju za stvaranje krvnih sudova. Ali činilo se da je nemoguće umjetno stvoriti kapilarne strukture, jer one moraju biti fleksibilne, elastične, malog oblika i istovremeno biti u interakciji s prirodnim tkivima. Čudno, ali proizvodne tehnologije su priskočile u pomoć - metoda brze izrade prototipa (drugim riječima, 3D štampanje). Podrazumijeva se da se složeni trodimenzionalni model (u našem slučaju krvna žila) štampa na trodimenzionalnom inkjet štampaču pomoću posebne "tinte". Štampač nanosi materijal u slojevima, a na određenim mestima slojevi su hemijski spojeni. Međutim, napominjemo da za najmanje kapilare trodimenzionalni štampači još nisu dovoljno precizni. U tom smislu primijenjena je metoda višefotonske polimerizacije koja se koristi u industriji polimera. Kratki intenzivni laserski impulsi koji obrađuju materijal pobuđuju molekule toliko snažno da međusobno djeluju, povezujući se u duge lance. Tako se materijal polimerizira i postaje tvrd, ali elastičan, poput prirodnih materijala. Ove reakcije su toliko kontrolirane da se mogu koristiti za stvaranje najmanjih struktura prema trodimenzionalnom "crtežu".
A da bi stvoreni krvni sudovi mogli da se spoje sa ćelijama tela, modifikovane biološke strukture (na primer, heparin) i "sidreni" proteini se integrišu u njih tokom proizvodnje krvnih sudova. U sljedećoj fazi endotelne ćelije (jedan sloj ravnih stanica koje oblažu unutrašnju površinu krvnih sudova) se fiksiraju u sistemu stvorenih „tubula“ tako da se komponente krvi ne lijepe za zidove vaskularnog sistema, već se slobodno nalaze. transportovan kroz njega. Međutim, proći će neko vrijeme prije nego što laboratorijski uzgojeni organi sa vlastitim krvnim žilama zaista budu mogli biti implantirani.
Uzgoj organa na donorskoj ili ksenološkoj matrici, uzgoj organa na vještačkom matriksu vidi str.3
4. Kultivacija tkiva
Uzgoj jednostavnih tkiva je već postojeća tehnologija koja se koristi u praksi.
Obnova oštećenih područja kože već je dio kliničke prakse. U nekim slučajevima se koriste metode za regeneraciju kože same osobe, na primjer, žrtve opekotine putem specijalnih efekata. Ovo je, na primjer, razvio R.R. Rakhmatullin bioplastični materijal hyamatrix, ili biocol, razvijen od strane tima predvođenog B.K. Gavrilyuk. Specijalni hidrogelovi se također koriste za rast kože na mjestu opekotina.
Razvijaju se i metode za štampanje fragmenata kožnog tkiva pomoću posebnih štampača. Takve tehnologije kreiraju, na primjer, programeri iz američkih centara za regenerativnu medicinu AFIRM i WFIRM.
Dr Jorg Gerlach i kolege sa Instituta za regenerativnu medicinu Univerziteta u Pitsburgu izumili su uređaj za presađivanje kože koji će pomoći ljudima da brže zarastaju od opekotina različite težine. Skin Gun raspršuje rastvor sa sopstvenim matičnim ćelijama na oštećenu kožu žrtve. Trenutno je nova metoda liječenja u eksperimentalnoj fazi, ali rezultati su već impresivni: teške opekotine zacjeljuju za samo nekoliko dana.
Grupa zaposlenih sa Univerziteta Kolumbija predvođena Gordanom Vunjak-Novaković (Gordana Vunjak-Novaković) dobila je od matičnih ćelija zasejanih na ram, fragment kosti sličan delu temporomandibularnog zgloba Naučnici iz izraelske kompanije Bonus Biogroup (osnivač i izvršni direktor - Pai Meretsky, Shai Meretzki razvijaju metode za uzgoj ljudske kosti iz pacijentovog masnog tkiva dobivenog liposukcijom. Ovako uzgojena kost već je uspješno presađena u šapu štakora.
Italijanski naučnici sa Univerziteta u Udinama uspjeli su pokazati da se populacija mezenhimalnih matičnih stanica dobijenih iz jedne ćelije masnog tkiva in vitro, čak i u odsustvu specifične strukturne matrice ili supstrata, može diferencirati u strukturu koja liči na zubnu klicu. .
Na Univerzitetu u Tokiju, naučnici su izrasli potpune zube iz mišjih matičnih ćelija, koje sadrže zubne kosti i vezivna vlakna, i uspešno ih transplantirali u čeljusti životinja.
Specijalisti Medicinskog centra Univerziteta Kolumbija (Columbia University Medical Center), predvođeni Jeremyjem Maom (Jeremy Mao) uspjeli su obnoviti zglobnu hrskavicu zečeva.
Prvo su istraživači uklonili tkivo hrskavice ramenog zgloba sa životinja, kao i donji sloj koštanog tkiva. Zatim su na mjesto uklonjenih tkiva postavljene kolagene skele.
Kod onih životinja čije su skele sadržavale transformirajući faktor rasta, protein koji kontrolira diferencijaciju i rast stanica, ponovo je formirano koštano i hrskavično tkivo na humerusu, a pokret u zglobu je potpuno obnovljen.
Grupa američkih naučnika sa Univerziteta Teksas u Austinu uspjela je stvoriti tkivo hrskavice s mehaničkim svojstvima i sastavom ekstracelularnog matriksa koji se mijenja u različitim područjima.
1997. godine, hirurg Jay Vscanti iz Opće bolnice Massachusetts u Bostonu uspio je izrasti ljudsko uho na stražnjoj strani miša koristeći ćelije hrskavice.
Ljekari sa Univerziteta Johns Hopkins uklonili su tumorom zahvaćeno uho i dio lobanjske kosti 42-godišnjoj ženi oboljeloj od raka. Koristeći hrskavicu sa grudnog koša, kožu i krvne žile iz drugih dijelova tijela pacijentice, izrasli su joj umjetno uho na ruci, a zatim ga transplantirali na pravo mjesto.
Istraživači sa Politehničkog instituta Worcester (SAD) uspješno su sanirali veliku ranu na mišićnom tkivu kod miševa uzgojem i implantacijom mikrofilamenata koji se sastoje od proteinskog polimera fibrina obloženog slojem ljudskih mišićnih stanica.
Izraelski naučnici sa Tehnion-Izraelskog instituta za tehnologiju istražuju neophodan stepen vaskularizacije i organizacije tkiva in vitro kako bi poboljšali preživljavanje i integraciju tkivno projektovanog vaskularizovanog mišićnog implantata u telu primaoca.
Istraživači sa Univerziteta Pierre i Marie Curie u Parizu, predvođeni Lucom Douayom, po prvi put u svijetu uspješno su testirali umjetnu krv uzgojenu iz matičnih stanica na ljudskim dobrovoljcima.
Svaki od učesnika eksperimenta dobio je 10 milijardi crvenih krvnih zrnaca, što je ekvivalentno oko dva mililitra krvi. Stope preživljavanja nastalih ćelija bile su uporedive sa onima konvencionalnih eritrocita.
4.7 Koštana srž
Umjetnu koštanu srž dizajniranu za in vitro proizvodnju krvnih stanica uspješno su prvi put kreirali istraživači u Laboratoriji za hemijsko inženjerstvo Univerziteta u Mičigenu pod vodstvom Nicholasa Kotova. Uz njegovu pomoć već je moguće dobiti hematopoetske matične ćelije i B-limfocite - ćelije imunog sistema koje proizvode antitijela.
5. Uzgoj složenih organa
5.1 Bešika
Dr. Anthony Atala i njegove kolege sa Univerziteta Wake Forest u SAD uzgajaju mjehure iz vlastitih ćelija pacijenata i presađuju ih u pacijente.
Odabrali su nekoliko pacijenata i uzeli im biopsiju mokraćne bešike - uzorke mišićnih vlakana i urotelnih ćelija. Ove ćelije su se razmnožavale sedam do osam nedelja u petrijevim posudama na podlozi u obliku mehurića. Zatim su tako uzgojeni organi ušivani u tijela pacijenata.
Praćenje pacijenata tokom nekoliko godina pokazalo je da organi dobro funkcionišu, bez negativnih efekata starijih tretmana.
Zapravo, ovo je prvi put da je dovoljno složen organ, umjesto jednostavnih tkiva poput kože i kostiju, umjetno uzgojen in vitro i transplantiran u ljudsko tijelo. Ovaj tim također razvija metode za uzgoj drugih tkiva i organa.
5.2 Traheja
Španski hirurzi izveli su prvu transplantaciju dušnika na svetu iz matičnih ćelija pacijentkinje, 30-godišnje Claudije Castillo.
Organ je uzgojen na Univerzitetu u Bristolu koristeći donorsku skelu od kolagenih vlakana.
Operaciju je izveo profesor Paolo Macchiarini iz Hospital Clínic de Barcelona.
Profesor Macchiarini aktivno surađuje s ruskim istraživačima, što je omogućilo izvođenje prvih operacija transplantacije izraslog dušnika u Rusiji.
Advanced Cell Technology je izvijestila 2002. da su uspješno uzgojili kompletan bubreg iz jedne ćelije uzete iz kravljeg uha koristeći tehnologiju kloniranja kako bi dobili matične ćelije.
Koristeći specijalnu supstancu, matične ćelije su pretvorene u ćelije bubrega.
Tkivo je uzgajano na skeli napravljenoj od samorazarajućeg materijala kreiranog na Harvard Medical School i oblikovanog kao običan bubreg. Dobijeni bubrezi, dužine oko 5 cm, implantirani su u kravu pored glavnih organa.
Kao rezultat toga, umjetni bubreg je uspješno počeo proizvoditi urin.
5.4 Jetra
Američki stručnjaci iz Opće bolnice Massachusetts (Massachusetts General Hospital), predvođeni Korkutom Yugunom (Korkut Uygun) uspješno su transplantirali nekoliko pacova s jetrom uzgojenom u laboratoriji iz vlastitih ćelija.
Istraživači su pet laboratorijskih pacova uklonili jetru, očistili ih od ćelija domaćina, čime su dobili vezivno tkivo organa.
Istraživači su zatim ubrizgali približno 50 miliona ćelija jetre pacova primaoca u svaki od pet skela. U roku od dvije sedmice, na svakoj od ćelija naseljenih skela formirana je potpuno funkcionalna jetra.
Organi uzgojeni u laboratoriji su potom uspješno presađeni u pet pacova.
5.5 Srce
Naučnici iz britanske bolnice Heafield, na čelu sa Megdi Yakub, prvi put u istoriji uzgojili su dio srca, koristeći matične ćelije kao "građevinski materijal". Ljekari su uzgojili tkivo koje funkcionira baš kao srčani zalisci odgovorni za protok krvi u ljudskom tijelu. Naučnici sa Univerziteta u Rostoku (Njemačka) koristili su tehnologiju ćelijskog otiska izazvanog laserom induciranim naprijed-prijenosom (LIFT) kako bi napravili "zakrpu" dizajniranu za regeneraciju srca.
5.6 Pluća
Američki naučnici sa Univerziteta Yale (Yale University), predvođeni Laurom Niklason (Laura Niklason) izrasli su u laboratoriju pluća (na donorskom ekstracelularnom matriksu). Matrica je bila ispunjena epitelnim ćelijama pluća i unutrašnjom oblogom krvnih sudova uzetim od drugih osoba. Uzgajanjem u bioreaktoru, istraživači su uspjeli uzgojiti nova pluća, koja su potom presađena u nekoliko pacova. Organ je normalno funkcionirao kod različitih osoba od 45 minuta do dva sata nakon transplantacije. Međutim, nakon toga su se krvni ugrušci počeli stvarati u žilama pluća. Osim toga, istraživači su zabilježili curenje male količine krvi u lumen organa. Međutim, po prvi put, istraživači su uspjeli pokazati potencijal regenerativne medicine za transplantaciju pluća.
Zaključak
Ćelijsko (tkivno) inženjerstvo je grana biotehnologije koja koristi metode za izolaciju ćelija iz tijela, njihovu transformaciju i uzgoj na hranjivim podlogama.
Jedno od područja ćelijskog inženjeringa je korištenje matičnih stanica za obnavljanje oštećenih tkiva i organa. U laboratorijskim uslovima moguća je reprodukcija i dalja specijalizacija matičnih ćelija. To otvara izglede za umjetnu kultivaciju tkiva i nekih organa ljudi i životinja u svrhu njihovog naknadnog uvođenja u organizme.
Još jedno područje inženjeringa ćelija je kloniranje organizama. Klon (od grč. Clone - grana, potomstvo) je skup ćelija ili jedinki dobijenih od zajedničkog pretka aseksualno; klon se sastoji od genetski homogenih ćelija ili organizama. U biljkama je prirodno kloniranje široko rasprostranjeno zbog aseksualne, posebno vegetativne reprodukcije. Naučnici dobijaju i veštačke klonove biljaka.
Aplikacija
Hostirano na Allbest.ru
Slični dokumenti
Genetski inženjering: istorijat nastanka, opšte karakteristike, prednosti i nedostaci. Upoznavanje sa najnovijim metodama genetskog inženjeringa, njihovom upotrebom u medicini. Razvoj genetskog inženjeringa u oblasti stočarstva i živinarstva. Eksperimenti na pacovima.
seminarski rad, dodan 11.07.2012
Pojava biotehnologije. Glavni pravci biotehnologije. Bioenergija kao grana biotehnologije. Praktična dostignuća biotehnologije. Istorija genetskog inženjeringa. Ciljevi, metode i enzimi genetskog inženjeringa. Dostignuća u genetskom inženjeringu.
sažetak, dodan 23.07.2008
Upotreba genetskog inženjeringa kao biotehnološkog alata za kontrolu naslijeđa živih organizama. Karakteristike glavnih metoda i dostignuća genetskog inženjeringa u medicini i poljoprivredi, povezane opasnosti i izgledi.
izvještaj, dodano 05.10.2011
Metode uzgoja ljudskih i životinjskih somatskih stanica na umjetnim hranjivim podlogama kao preduvjet za razvoj ćelijskog inženjerstva. Faze somatske hibridizacije. Transfer genetskog materijala. Poreklo transgenih biljaka.
sažetak, dodan 23.01.2010
Pojam i osnovne metode genetskog inženjeringa. Metoda ekstrakcije DNK na primjeru DNK plazmida. Principi rada restriktivno-modifikacionog sistema. Transfer i detekcija kloniranih gena u ćelijama. Izgradnja i uvođenje rekombinantnih DNK molekula u ćelije.
sažetak, dodan 23.01.2010
Suština genetskog i ćelijskog inženjeringa. Glavni zadaci genetske modifikacije biljaka, analiza štetnosti njihove upotrebe u hrani. Karakteristike hibridizacije biljnih i životinjskih ćelija. Mehanizam dobijanja lekovitih supstanci pomoću genetskog inženjeringa.
prezentacija, dodano 26.01.2014
Transplantacija gena i dijelova DNK jedne vrste u ćelije drugog organizma. Istorija genetskog inženjeringa. Odnos prema genetski modifikovanim organizmima u svijetu. Nove GM sorte. Šta genetski inženjering donosi čovječanstvu? Kakvi su izgledi genetskog inženjeringa.
prezentacija, dodano 24.02.2015
Povijest, ciljevi i osnove genetskog inženjeringa; bioetički aspekti. Grupe genetskih bolesti, njihova dijagnoza i liječenje. Primena genetskog inženjeringa u medicinskoj praksi: genske vakcine, genska terapija, proizvodnja lekova.
sažetak, dodan 26.10.2011
Upotreba ćelija koje nisu postojale u prirodi u biotehnološkim procesima. Izolacija gena iz ćelija, manipulacije s njima, unošenje u druge organizme su srž zadataka genetskog inženjeringa. Istorija genetskog inženjeringa. Problemi proizvoda sa GMO.
prezentacija, dodano 21.02.2014
Preduvjeti za nastanak genetike. Osnove teorije mutacija. Genetika kao nauka o naslijeđu: njeni početni zakoni i razvoj. Genetski inženjering: istraživački aspekti i praktični rezultati. Kloniranje organa i tkiva.
Konstrukcije tkivnog inženjeringa koriste se u stvaranju bioloških supstituta za popravku ili poboljšanje funkcionisanja tkiva. Ćelije, kao komponenta konstrukta, mogu se dobiti iz različitih izvora i biti u različitim fazama diferencijacije od slabo diferenciranih ćelija do visoko diferenciranih specijalizovanih ćelija. Kolonizacija pripremljenog matriksa ćelijama je urgentan problem moderne biomedicine. Istovremeno, svojstva površine matriksa utiču na kolonizaciju ćelija, uključujući vezivanje ćelija i njihovu proliferaciju duž matriksa.
Trenutno poznate metode za dobijanje konstrukta tkivnim inženjeringom koriste pripremu ćelijske suspenzije i fizičku aplikaciju ove suspenzije na biokompatibilni materijal postupnom sedimentacijom suspenzijske kulture sa formiranjem monosloja i stavljanjem materijala u rastvor na duže vreme. , dovoljan za prodiranje u ćelije kroz cijeli volumen materijala, kao i korištenje 3D bioprintinga. Predlažu se različite metode za formiranje tkivno projektovanih ekvivalenata šupljih unutrašnjih organa, kao što su uretra, bešika, žučni kanal, dušnik.
Klinička istraživanja[ | ]
U kliničkim ispitivanjima na pacijentima sa urološkim i dermatološkim bolestima proučavani su konstrukti tkivno inžinjering na bazi biokompatibilnih materijala.
vidi takođe [ | ]
Bilješke [ | ]
- , Fox C. F. Inženjering tkiva: zbornik radova sa radionice, održane u Granlibakkenu, Lake Tahoe, Kalifornija, 26-29 februara 1988. - Alan R. Liss, 1988. - T. 107.
- Atala A., Kasper F.K., Mikos A.G. Inženjerska složena tkiva // Znanstvena translacijska medicina. - 2012. - V. 4, br. 160. - S. 160rv12. - ISSN 1946-6234. - DOI:10.1126/scitranslmed.3004890.
- Vasyutin I.A., Lundup A.V., Vinarov A.Z., Butnaru D.V., Kuznetsov S.L. Rekonstrukcija uretre korištenjem tehnologija tkivnog inženjeringa. (ruski) // Bilten Ruske akademije medicinskih nauka. - 2017. - T. 72, br. - str. 17–25. - ISSN 2414-3545. - DOI:10.15690/vramn771.
- Baranovsky D.S., Lundup A.V., Parshin V.D. Dobivanje funkcionalnog trepljastog epitela in vitro za tkivno inženjerstvo traheje (ruski) // Bilten Ruske akademije medicinskih nauka. - 2015. - T. 70, br. 5. - str. 561–567. - ISSN 2414-3545. - DOI:10.15690/vramn.v70.i5.1442 .
- Lawrence B. J., Madihally S. V. Kolonizacija stanica u razgradivim 3D poroznim matricama // Adhezija i migracija stanica. - 2008. - Tom 2, br. - str. 9-16.
- Mironov V. et al. Štampanje organa: kompjuterski podržano mlazno 3D tkivno inženjerstvo //TRENDOVI u biotehnologiji. - 2003. - T. 21. - Br. 4. - S. 157-161. doi:
Inženjering tkiva je nekada bio klasifikovan kao podsekcija bioloških materijala, ali kako je porastao u obimu i važnosti, može se posmatrati kao podsekcija za sebe. Tkanine zahtijevaju određena mehanička i strukturna svojstva da bi ispravno funkcionirale. Termin "tkivni inženjering" takođe se odnosi na korekciju performansi specifičnih biohemijskih funkcija pomoću ćelija u veštački stvorenom sistemu podrške (na primer, veštački pankreas ili veštačka jetra). Izraz "regenerativna medicina" se često koristi kao sinonim za tkivni inženjering, iako je u regenerativnoj medicini veći naglasak na korištenju matičnih stanica za proizvodnju tkiva.
Tipično, tkivni inženjering, kako su izjavili Langer i Vacanti, smatra se „interdisciplinarnim poljem u kojem se principi inženjerstva i biologije primjenjuju na razvoj bioloških supstituta, a to je restauracija, očuvanje ili poboljšanje funkcije tkiva ili cijelog organa. ." Inženjering tkiva je također definiran kao "razumijevanje principa rasta tkiva i njihove primjene u proizvodnji funkcionalnih nadomjestaka tkiva za kliničku upotrebu". Detaljniji opis navodi da je "Osnovna pretpostavka tkivnog inženjeringa da će upotreba prirodnih bioloških sistema omogućiti veći uspjeh u razvoju terapijskih metoda usmjerenih na zamjenu, popravku, održavanje i/ili proširenje funkcije tkiva."
Ćelije se mogu dobiti iz tekućih tkiva kao što je krv na različite načine, obično centrifugiranjem. Teže je izdvojiti ćelije iz čvrstih tkiva. Obično se tkivo usitnjava, a zatim probavlja tripsinom ili enzimima kolagenaze kako bi se uklonio ekstracelularni matriks koji sadrži stanice. Nakon toga, ćelije se puštaju da slobodno plutaju i uklanjaju se kao iz tečnog tkiva. Brzina reakcije s tripsinom vrlo ovisi o temperaturi, a visoke temperature uzrokuju velika oštećenja stanica. Kolagenaza zahtijeva niske temperature i samim tim manji gubitak ćelija, ali reakcija traje duže i sama kolagenaza je skup reagens. Ćelije se često implantiraju u vještačke strukture sposobne da podrže formiranje trodimenzionalnog tkiva. Ove strukture se nazivaju skele.
Da bi se postigao cilj rekonstrukcije tkiva, skele moraju ispunjavati neke specifične zahtjeve. Visoka poroznost i definisana veličina pora, koji su neophodni za promicanje zasijavanja ćelija i difuzije kroz strukturu, kako ćelija tako i hranljivih materija. Biorazgradljivost je često značajan faktor, jer se skele apsorbuju u okolna tkiva bez potrebe za hirurškim uklanjanjem. Brzina raspadanja treba što je bliže moguće odgovarati brzini formiranja tkiva: to znači da dok će proizvedene ćelije stvoriti vlastitu prirodnu strukturu matriksa oko sebe, one su već sposobne održati strukturni integritet u tijelu, i na kraju na kraju će skela biti slomljena, ostavljajući novoformirano tkivo koje će preuzeti mehaničko opterećenje.
Istraženi su različiti materijali za skele (prirodni i sintetički, biorazgradivi i trajni). Većina ovih materijala bila je poznata u medicinskom polju čak i prije tkivnog inženjeringa kao istraživačke teme, a već su se koristili, na primjer, u hirurgiji šivanja. Kako bi se razvile skele idealnih svojstava (biokompatibilnost, neimunogenost, transparentnost, itd.), za njih su dizajnirani novi materijali.
Skele se također mogu izgraditi od prirodnih materijala: posebno su proučavani različiti derivati ekstracelularnog matriksa i njihova sposobnost da podrže rast stanica. Proteinski materijali kao što su kolagen ili fibrin i polisaharidi kao što su hitozan ili glikozaminoglikan (GAG) su prikladni u smislu kompatibilnosti, ali neka pitanja i dalje ostaju otvorena. Funkcionalne grupe skela mogu biti korisne u isporuci malih molekula (lijekova) u određena tkiva.
ugljične nanocijevi
Ugljične nanocijevi su produžene cilindrične strukture prečnika od jednog do nekoliko desetina nanometara i dužine do nekoliko centimetara, koje se sastoje od jedne ili više heksagonalnih grafitnih ravnina smotanih u cijev i obično završavaju hemisferičnom glavom, koja se može smatrati pola molekula fulerena.
Kao što je poznato, fuleren (C60) je otkrila grupa Smalley, Kroto i Curl 1985. godine, za što su 1996. godine ovi istraživači dobili Nobelovu nagradu za hemiju. Što se tiče ugljičnih nanocijevi, ovdje se ne može navesti tačan datum njihovog otkrića. Iako je opšte poznato da je Iijima posmatrao strukturu nanocevi sa više zidova 1991. godine, postoje raniji dokazi za otkriće ugljeničnih nanocevi. Tako, na primjer, 1974-1975. Endo i saradnici su objavili niz radova koji opisuju tanke cijevi prečnika manjeg od 100 nm, pripremljene metodom kondenzacije pare, ali detaljnije proučavanje strukture nije provedeno.
Grupa naučnika sa Instituta za katalizu Sibirskog ogranka Akademije nauka SSSR-a je 1977. godine, proučavajući karbonizaciju katalizatora gvožđe-hrom dehidrogenacije pod mikroskopom, registrovala formiranje „šupljih dendrita ugljenika“, dok je mehanizam predložena je formacija i opisana je struktura zidova. Godine 1992. u časopisu Nature objavljen je članak u kojem se navodi da su nanocijevi opažene 1953. Godinu dana ranije, 1952., članak sovjetskih naučnika Raduškeviča i Lukjanoviča izvijestio je o elektronskom mikroskopskom posmatranju vlakana prečnika oko 100 nm, dobijenih termičkim razlaganje oksida ugljika na željeznom katalizatoru. Ova istraživanja također nisu nastavljena.
Postoji mnogo teorijskih radova o predviđanju ovog alotropnog oblika ugljika. U svom radu, hemičar Džons (Dedalus) je spekulisao o namotanim cevima od grafita. U radu L. A. Černozatonskog i drugog, objavljenom iste godine kada i rad Iijime, dobijene su i opisane ugljenične nanocevi, a M. Yu. Kornilov ne samo da je predvidio postojanje ugljeničnih nanocevi sa jednim zidom 1986. godine, već je i predložio njihova velika elastičnost.
Struktura nanocevi
Idealna nanocijev je grafitna ravnina umotana u cilindar, odnosno površina obložena pravilnim šesterokutima, na čijim vrhovima se nalaze atomi ugljika. Rezultat takve operacije ovisi o orijentacijskom kutu grafitne ravni u odnosu na osu nanocijevi. Orijentacijski ugao, zauzvrat, određuje kiralnost nanocijevi, što određuje, posebno, njene električne karakteristike.
Fig.1. Preklapanje grafitne ravni za dobijanje (n, m) nanocevi
Da bi se dobila nanocijev kiralnosti (n, m), grafitna ravan se mora preseći duž pravca isprekidanih linija i zakotrljati duž pravca vektora R
Uređeni par (n, m) koji označava koordinate šesterokuta, koji se, kao rezultat savijanja ravnine, moraju podudarati sa šestouglom koji se nalazi na početku koordinata naziva se kiralnost nanocijevi i označava se. Drugi način za označavanje kiralnosti je označavanje ugla α između smjera savijanja nanocijevi i smjera u kojem susjedni šesterokuti dijele zajedničku stranu. Međutim, u ovom slučaju, za potpuni opis geometrije nanocijevi, potrebno je navesti njen prečnik. Indeksi kiralnosti jednoslojne nanocevi (m, n) jedinstveno određuju njen prečnik D. Ovaj odnos ima sledeći oblik:
gdje je d 0 = 0,142 nm udaljenost između susjednih atoma ugljika u grafitnoj ravni.
Odnos između indeksa kiralnosti (m, n) i ugla α je dat:
Među različitim mogućim smjerovima savijanja nanocijevi izdvajaju se oni za koje poravnanje (n, m) šesterokuta s ishodištem ne zahtijeva izobličenje njegove strukture. Ovi pravci odgovaraju, posebno, uglovima α = 0 (konfiguracija fotelje) i α = 30° (cik-cak konfiguracija). Ove konfiguracije odgovaraju kiralnostima (n, 0) i (2m, m), respektivno.
Jednozidne nanocevi
Eksperimentalno posmatrana struktura jednozidnih nanocevi se u mnogo čemu razlikuje od idealizovane slike prikazane iznad. Prije svega, ovo se odnosi na vrhove nanocijevi, čiji je oblik, kako slijedi iz zapažanja, daleko od idealne hemisfere. Posebno mjesto među jednozidnim nanocijevima zauzimaju takozvane fotelje nanocijevi ili nanocijevi sa kiralnošću [10, 10]. U nanocijevi ovog tipa, dvije C–C veze koje čine svaki šestočlani prsten orijentirane su paralelno s uzdužnom osom cijevi. Nanocijevi s takvom strukturom trebale bi imati čisto metalnu strukturu.
Višezidne nanocijevi
Višeslojne nanocevi se razlikuju od jednoslojnih nanocevi u mnogo većoj raznolikosti oblika i konfiguracija. Raznolikost konstrukcija očituje se kako u uzdužnom tako iu poprečnom smjeru. Struktura tipa "Ruske lutke" je skup koaksijalno ugniježđenih cilindričnih cijevi. Drugi tip ove strukture je skup ugniježđenih koaksijalnih prizmi. Konačno, posljednja od ovih struktura podsjeća na svitak (scroll). Sve strukture karakteriše vrednost rastojanja između susednih slojeva grafita, koja je blizu vrednosti od 0,34 nm, što je svojstveno rastojanju između susednih ravni kristalnog grafita.
Implementacija jedne ili druge strukture višezidnih nanocevi u specifičnoj eksperimentalnoj situaciji zavisi od uslova sinteze. Analiza dostupnih eksperimentalnih podataka pokazuje da je najtipičnija struktura višeslojnih nanocevi struktura sa presecima tipa „ruske gnezdarice“ i „papier-mâché“ naizmenično locirani duž dužine. U ovom slučaju, "cijevi" manje veličine sukcesivno su ugniježđene u veće cijevi.
Dobijanje ugljeničnih nanocevi
Razvoj metoda za sintezu ugljičnih nanocijevi (CNT) pratio je put snižavanja temperatura sinteze. Nakon stvaranja tehnologije za proizvodnju fulerena, utvrđeno je da se prilikom isparavanja električnog luka grafitnih elektroda, uz formiranje fulerena, formiraju proširene cilindrične strukture. Mikroskopist Sumio Iijima, koristeći transmisioni elektronski mikroskop (TEM), bio je prvi koji je identifikovao ove strukture kao nanocevi. Visokotemperaturne metode za proizvodnju CNT uključuju metodu električnog luka. Ako se grafitna šipka (anoda) ispari u električnom luku, tada se na suprotnoj elektrodi (katodi) formira čvrsta naslaga (naslog) ugljika u čijem mekom jezgru se nalaze višeslojni CNT prečnika 15– 20 nm i dužine veće od 1 μm. Formiranje CNT-a iz fulerenske čađi pod visokotemperaturnim termičkim djelovanjem na čađ prvi je uočio Oxford i Swiss grupa. Instalacija za sintezu električnog luka je metalno intenzivna, energetska, ali univerzalna za dobivanje različitih vrsta ugljičnih nanomaterijala. U ovom slučaju značajan problem predstavlja neravnoteža procesa tokom sagorevanja luka. Metoda električnog luka svojevremeno je zamijenila metodu laserskog isparavanja (ablacije) laserskim snopom. Jedinica za ablaciju je konvencionalna pećnica sa otpornim grijanjem koja daje temperaturu od 1200C. Za postizanje viših temperatura u njemu, dovoljno je staviti ugljičnu metu u peć i usmjeriti laserski snop na nju, naizmjenično skenirajući cijelu površinu mete.
Tako je Smalleyeva grupa, koristeći skupu opremu sa kratkoimpulsnim laserom, 1995. godine dobila nanocijevi, "značajno pojednostavljujući" tehnologiju njihove sinteze. Međutim, prinos CNT-a je ostao nizak. Uvođenje malih dodataka nikla i kobalta u grafit omogućilo je povećanje prinosa CNT-a do 70-90%. Od tog trenutka započela je nova faza u konceptu mehanizma formiranja nanocijevi. Postalo je očigledno da je metal katalizator rasta. Tako su se pojavili prvi radovi na proizvodnji nanocijevi niskotemperaturnom metodom - metodom katalitičke pirolize ugljikovodika (CVD), gdje su kao katalizator korištene čestice metala grupe željeza. Jedna od opcija za instalaciju za proizvodnju nanocijevi i nanovlakna CVD metodom je reaktor u koji se dovodi inertni plin koji nosi katalizator i ugljovodonik u zonu visoke temperature. Pojednostavljeno, mehanizam rasta CNT-a je sljedeći. Ugljik nastao tokom termičke razgradnje ugljovodonika otapa se u metalnoj nanočestici.
Nakon postizanja visoke koncentracije ugljika u čestici na jednoj od strana čestice-katalizatora, dolazi do energetski povoljne "izolacije" viška ugljika u obliku iskrivljene polufulerenske kapice. Tako se rađa nanocijev. Razloženi ugljenik nastavlja da ulazi u česticu katalizatora, a da bi se oslobodio višak njegove koncentracije u talini, mora se stalno odlagati. Hemisfera koja se diže (polufuleren) sa površine taline nosi sa sobom otopljeni višak ugljika, čiji atomi izvan taline formiraju C–C vezu, koja je cilindrični okvir-nanocijev. Temperatura topljenja čestice u stanju nano veličine zavisi od njenog radijusa. Što je manji radijus, niža je tačka topljenja. Stoga su nanočestice željeza veličine oko 10 nm u rastopljenom stanju ispod 600C. Trenutno se niskotemperaturna sinteza CNT-a provodi metodom katalitičke pirolize acetilena u prisustvu Fe čestica na 550C. Smanjenje temperature sinteze također ima negativne posljedice. Na nižim temperaturama dobijaju se CNT velikog prečnika (oko 100 nm) i jako defektne „bambusove“ strukture ili ugnježđeni nanokoni. Rezultirajući materijali se sastoje samo od ugljika, ali ne dolaze ni blizu izvanrednim karakteristikama (na primjer, Youngov modul) uočenim u jednoslojnim ugljičnim nanocijevima dobivenim laserskom ablacijom ili sintezom električnog luka.
1. Uvod
1.1 Pozadina
1.2 Ekstrakcija ćelija
2. Skele
2.1 Materijali za skele
2.2 Ugljične nanocijevi
2.2.1 Istorija otkrića
2.2.2 Struktura nanocijevi
2.2.3 Nanocijevi sa jednim zidom
2.2.4 Nanocevi sa više zidova
2.2.5 Dobijanje ugljičnih nanocijevi
3. Reference
1. Uvod
Inženjering tkiva je nekada bio klasifikovan kao podsekcija bioloških materijala, ali kako je porastao u obimu i važnosti, može se posmatrati kao podsekcija za sebe.
Tkanine zahtijevaju određena mehanička i strukturna svojstva da bi ispravno funkcionirale. Termin "tkivni inženjering" takođe se odnosi na korekciju performansi specifičnih biohemijskih funkcija pomoću ćelija u veštački stvorenom sistemu podrške (na primer, veštački pankreas ili veštačka jetra). Izraz "regenerativna medicina" se često koristi kao sinonim za tkivni inženjering, iako je u regenerativnoj medicini veći naglasak na korištenju matičnih stanica za proizvodnju tkiva.
inženjering tkiva ćelija nanocevi
1.1 Preliminarne informacije
Tipično, tkivni inženjering, kako su izjavili Langer i Vacanti, smatra se „interdisciplinarnim poljem u kojem se principi inženjerstva i biologije primjenjuju na razvoj bioloških supstituta, a to je restauracija, očuvanje ili poboljšanje funkcije tkiva ili cijelog organa. ." Inženjering tkiva je također definiran kao "razumijevanje principa rasta tkiva i njihove primjene u proizvodnji funkcionalnih nadomjestaka tkiva za kliničku upotrebu". Detaljniji opis navodi da je "Osnovna pretpostavka tkivnog inženjeringa da će upotreba prirodnih bioloških sistema omogućiti veći uspjeh u razvoju terapijskih metoda usmjerenih na zamjenu, popravku, održavanje i/ili proširenje funkcije tkiva."
1.2 Rudarstvo ćelije
Ćelije se mogu dobiti iz tečnih tkiva, kao što je krv, na različite načine, obično centrifugiranjem?. Teže je izdvojiti ćelije iz čvrstih tkiva. Obično se tkivo usitnjava, a zatim probavlja tripsinom ili enzimima kolagenaze kako bi se uklonio ekstracelularni matriks koji sadrži stanice. Nakon toga, ćelije se puštaju da slobodno plutaju i uklanjaju se kao iz tečnog tkiva. Brzina reakcije s tripsinom vrlo ovisi o temperaturi, a visoke temperature uzrokuju velika oštećenja stanica. Kolagenaza zahtijeva niske temperature i samim tim manji gubitak ćelija, ali reakcija traje duže i sama kolagenaza je skup reagens.
2. Skele
Ćelije se često implantiraju u vještačke strukture sposobne da podrže formiranje trodimenzionalnog tkiva. Ove strukture se nazivaju skele.
2.1 materijala za skele
Da bi se postigao cilj rekonstrukcije tkiva, skele moraju ispunjavati neke specifične zahtjeve. Visoka poroznost i definisana veličina pora, koji su neophodni za promicanje zasijavanja ćelija i difuzije kroz strukturu, kako ćelija tako i hranljivih materija. Biorazgradljivost je često značajan faktor, jer se skele apsorbuju u okolna tkiva bez potrebe za hirurškim uklanjanjem. Brzina raspadanja treba što je bliže moguće odgovarati brzini formiranja tkiva: to znači da dok će proizvedene ćelije stvoriti vlastitu prirodnu strukturu matriksa oko sebe, one su već sposobne održati strukturni integritet u tijelu, i na kraju na kraju će skela biti slomljena, ostavljajući novoformirano tkivo koje će preuzeti mehaničko opterećenje.
Istraženi su različiti materijali za skele (prirodni i sintetički, biorazgradivi i trajni). Većina ovih materijala bila je poznata u medicinskom polju čak i prije tkivnog inženjeringa kao istraživačke teme, a već su se koristili, na primjer, u hirurgiji šivanja.
Kako bi se razvile skele idealnih svojstava (biokompatibilnost, neimunogenost, transparentnost, itd.), za njih su dizajnirani novi materijali.
Skele se također mogu izgraditi od prirodnih materijala: posebno su proučavani različiti derivati ekstracelularnog matriksa i njihova sposobnost da podrže rast stanica. Proteinski materijali kao što su kolagen ili fibrin i polisaharidi kao što su hitozan ili glikozaminoglikan (GAG) su prikladni u smislu kompatibilnosti, ali neka pitanja i dalje ostaju otvorena. Funkcionalne grupe skela mogu biti korisne u isporuci malih molekula (lijekova) u određena tkiva.
2.2 ugljične nanocijevi
Ugljične nanocijevi su produžene cilindrične strukture prečnika od jednog do nekoliko desetina nanometara i dužine do nekoliko centimetara, koje se sastoje od jedne ili više heksagonalnih grafitnih ravnina smotanih u cijev i obično završavaju hemisferičnom glavom, koja se može smatrati pola molekula fulerena.
2.2.1 Istorija otkrića
Kao što je poznato, fuleren (C 60) otkrila je grupa Smalley, Kroto i Curl 1985. godine, za koju su ovi istraživači dobili Nobelovu nagradu za hemiju 1996. godine. Što se tiče ugljičnih nanocijevi, ovdje se ne može navesti tačan datum njihovog otkrića. Iako je opšte poznato da je Iijima posmatrao strukturu nanocevi sa više zidova 1991. godine, postoje raniji dokazi za otkriće ugljeničnih nanocevi. Tako, na primjer, 1974-1975. Endo i saradnici su objavili niz radova koji opisuju tanke cijevi prečnika manjeg od 100 nm, pripremljene metodom kondenzacije pare, ali detaljnije proučavanje strukture nije provedeno. Grupa naučnika sa Instituta za katalizu Sibirskog ogranka Akademije nauka SSSR-a je 1977. godine, proučavajući karbonizaciju katalizatora gvožđe-hrom dehidrogenacije pod mikroskopom, registrovala formiranje „šupljih dendrita ugljenika“, dok je mehanizam predložena je formacija i opisana je struktura zidova. Godine 1992. u časopisu Nature objavljen je članak u kojem se navodi da su nanocijevi opažene 1953. Godinu dana ranije, 1952., članak sovjetskih naučnika Raduškeviča i Lukjanoviča izvijestio je o elektronskom mikroskopskom posmatranju vlakana prečnika oko 100 nm, dobijenih termičkim razlaganje oksida ugljika na željeznom katalizatoru. Ova istraživanja također nisu nastavljena.
Postoji mnogo teorijskih radova o predviđanju ovog alotropnog oblika ugljika. U svom radu, hemičar Džons (Dedalus) je spekulisao o namotanim cevima od grafita. U radu L. A. Černozatonskog i drugog, objavljenom iste godine kada i rad Iijime, dobijene su i opisane ugljenične nanocevi, a M. Yu. Kornilov ne samo da je predvidio postojanje ugljeničnih nanocevi sa jednim zidom 1986. godine, već je i predložio njihova velika elastičnost.
2.2.2 Struktura nanocijevi
Objavljeno na http://www.website/
Idealna nanocijev je grafitna ravnina umotana u cilindar, odnosno površina obložena pravilnim šesterokutima, na čijim vrhovima se nalaze atomi ugljika. Rezultat takve operacije ovisi o orijentacijskom kutu grafitne ravni u odnosu na osu nanocijevi. Orijentacioni ugao, u s
Zauzvrat, postavlja kiralnost nanocijevi, koja određuje, posebno, njene električne karakteristike.
Uređeni par (n, m) koji označava koordinate šesterokuta, koji se, kao rezultat savijanja ravnine, moraju podudarati sa šestouglom koji se nalazi na početku koordinata naziva se kiralnost nanocijevi i označava se.
Drugi način za označavanje kiralnosti je označavanje ugla 6 između smjera savijanja nanocijevi i smjera u kojem susjedni šesterokuti dijele zajedničku stranu. Međutim, u ovom slučaju, za potpuni opis geometrije nanocijevi, potrebno je navesti njen prečnik. Indeksi kiralnosti jednoslojne nanocevi (m, n) jedinstveno određuju njen prečnik D. Ovaj odnos ima sledeći oblik:
gdje je d 0 = 0,142 nm udaljenost između susjednih atoma ugljika u grafitnoj ravni.
Odnos između indeksa kiralnosti (m, n) i ugla b je dat relacijom
Među različitim mogućim smjerovima savijanja nanocijevi izdvajaju se oni za koje poravnanje (n, m) šesterokuta s ishodištem ne zahtijeva izobličenje njegove strukture. Ovi pravci odgovaraju, posebno, uglovima b = 0 (konfiguracija fotelje) i b = 30° (cik-cak konfiguracija). Ove konfiguracije odgovaraju kiralnostima (n, 0) i (2m, m), respektivno.
2.2.3 Nanocijevi sa jednim zidom
Struktura Eksperimentalno posmatrane nanocevi sa jednim zidom se u mnogo čemu razlikuju od idealizovane slike predstavljene gore. Prije svega, ovo se odnosi na vrhove nanocijevi, čiji je oblik, kako slijedi iz zapažanja, daleko od idealne hemisfere.
Posebno mjesto među jednozidnim nanocijevima zauzimaju takozvane fotelje nanocijevi ili nanocijevi sa kiralnošću [10, 10]. U nanocijevi ovog tipa, dvije C-C veze koje čine svaki šestočlani prsten orijentirane su paralelno s uzdužnom osom cijevi. Nanocijevi s takvom strukturom trebale bi imati čisto metalnu strukturu.
2.2.4 Nanocevi sa više zidova
Multiwall(višezidne) nanocijevi se razlikuju od jednozidnih po mnogo većoj raznolikosti oblika i konfiguracija. Raznolikost konstrukcija očituje se kako u uzdužnom tako iu poprečnom smjeru.
Struktura tipa "Ruske lutke" je skup koaksijalno ugniježđenih cilindričnih cijevi. Drugi tip ove strukture je skup ugniježđenih koaksijalnih prizmi. Konačno, posljednja od ovih struktura podsjeća na svitak (scroll). Sve strukture karakteriše vrednost rastojanja između susednih slojeva grafita, koja je blizu vrednosti od 0,34 nm, što je svojstveno rastojanju između susednih ravni kristalnog grafita.
Implementacija jedne ili druge strukture višezidnih nanocevi u specifičnoj eksperimentalnoj situaciji zavisi od uslova sinteze. Analiza dostupnih eksperimentalnih podataka pokazuje da je najtipičnija struktura višeslojnih nanocevi struktura sa presecima tipa „ruske gnezdarice“ i „papier-mâché“ naizmenično locirani duž dužine. U ovom slučaju, "cijevi" manje veličine sukcesivno su ugniježđene u veće cijevi.
2.2.5 Dobijanje ugljičnih nanocijevi
Razvoj Metode za sintezu ugljeničnih nanocevi (CNT) pratile su put snižavanja temperature sinteze. Nakon stvaranja tehnologije za proizvodnju fulerena, utvrđeno je da se prilikom isparavanja električnog luka grafitnih elektroda, uz formiranje fulerena, formiraju proširene cilindrične strukture. Mikroskopist Sumio Iijima, koristeći transmisioni elektronski mikroskop (TEM), bio je prvi koji je identifikovao ove strukture kao nanocevi. Visokotemperaturne metode za proizvodnju CNT uključuju metodu električnog luka. Ako se grafitna šipka (anoda) ispari u električnom luku, tada se na suprotnoj elektrodi (katodi) formira čvrsta naslaga (naslog) ugljika u čijem mekom jezgru se nalaze višeslojni CNT prečnika 15– 20 nm i dužine veće od 1 μm. Formiranje CNT-a iz fulerenske čađi pod visokotemperaturnim termičkim djelovanjem na čađ prvi je uočio Oxford i Swiss grupa. Instalacija za sintezu električnog luka je metalno intenzivna, energetska, ali univerzalna za dobivanje različitih vrsta ugljičnih nanomaterijala. U ovom slučaju značajan problem predstavlja neravnoteža procesa tokom sagorevanja luka. Metoda električnog luka svojevremeno je zamijenila metodu laserskog isparavanja (ablacije) laserskim snopom. Jedinica za ablaciju je konvencionalna pećnica sa otpornim grijanjem koja daje temperaturu od 1200C. Za postizanje viših temperatura u njemu, dovoljno je staviti ugljičnu metu u peć i usmjeriti laserski snop na nju, naizmjenično skenirajući cijelu površinu mete.
To. Smalleyeva grupa je, koristeći skupu opremu sa laserom kratkog impulsa, 1995. godine dobila nanocijevi, "značajno pojednostavljujući" tehnologiju njihove sinteze. Međutim, prinos CNT-a je ostao nizak. Uvođenje malih dodataka nikla i kobalta u grafit omogućilo je povećanje prinosa CNT-a do 70-90%. Od tog trenutka započela je nova faza u konceptu mehanizma formiranja nanocijevi. Postalo je očigledno da je metal katalizator rasta. Tako su se pojavili prvi radovi na proizvodnji nanocijevi niskotemperaturnom metodom - metodom katalitičke pirolize ugljikovodika (CVD), gdje su kao katalizator korištene čestice metala grupe željeza. Jedna od opcija za instalaciju za proizvodnju nanocijevi i nanovlakna CVD metodom je reaktor u koji se dovodi inertni plin koji nosi katalizator i ugljovodonik u zonu visoke temperature. Pojednostavljeno, mehanizam rasta CNT-a je sljedeći. Ugljik nastao tokom termičke razgradnje ugljovodonika otapa se u metalnoj nanočestici.
Nakon postizanja visoke koncentracije ugljika u čestici na jednoj od strana čestice-katalizatora, dolazi do energetski povoljne "izolacije" viška ugljika u obliku iskrivljene polufulerenske kapice. Tako se rađa nanocijev. Razloženi ugljenik nastavlja da ulazi u česticu katalizatora, a da bi se oslobodio višak njegove koncentracije u talini, mora se stalno odlagati. Hemisfera koja se diže (polufuleren) sa površine taline nosi sa sobom otopljeni višak ugljika, čiji atomi izvan taline formiraju C-C vezu, koja je cilindrični okvir-nanocijev. Temperatura topljenja čestice u stanju nano veličine zavisi od njenog radijusa. Što je manji radijus, niža je tačka topljenja. Stoga su nanočestice željeza veličine oko 10 nm u rastopljenom stanju ispod 600C. Trenutno se niskotemperaturna sinteza CNT-a provodi metodom katalitičke pirolize acetilena u prisustvu Fe čestica na 550C. Smanjenje temperature sinteze također ima negativne posljedice. Na nižim temperaturama dobijaju se CNT velikog prečnika (oko 100 nm) i jako defektne „bambusove“ strukture ili ugnježđeni nanokoni. Rezultirajući materijali se sastoje samo od ugljika, ali ne dolaze ni blizu izvanrednim karakteristikama (na primjer, Youngov modul) uočenim u jednoslojnim ugljičnim nanocijevima dobivenim laserskom ablacijom ili sintezom električnog luka.
3. Bibliografija
Langer, Vacanti JP (maj 1993). "Inženjering tkiva". Nauka 260 (5110): 920 6. DOI: 10.1126/science.8493529. PMID 8493529.
B MacArthur BD, Oreffo RO (januar 2005). "Premošćivanje jaza". Nature 433 (7021): 19. DOI: 10.1038/433019a. PMID 15635390.
Slični dokumenti
Pojam i suština biotehnologije, istorijat njenog nastanka. Glavni pravci i metode biotehnologije. Genetski i ćelijski inženjering. "Tri talasa" u stvaranju genetski modifikovanih biljaka. transgene životinje. Metode imobilizacije enzima i ćelija.
sažetak, dodan 01.11.2013
Ćelijski inženjering kao skup metoda koje se koriste za izgradnju novih ćelija, istorija njegovog razvoja. Metode za izolaciju protoplasta. Opis metoda uzgoja protoplasta: metoda kapljanja tekućine i presvlačenje. somatska hibridizacija.
prezentacija, dodano 28.02.2014
Upotreba ćelija koje nisu postojale u prirodi u biotehnološkim procesima. Izolacija gena iz ćelija, manipulacije s njima, unošenje u druge organizme su srž zadataka genetskog inženjeringa. Istorija genetskog inženjeringa. Problemi proizvoda sa GMO.
prezentacija, dodano 21.02.2014
Umjetna fotosinteza kao novi izvor energije. Umjetna fotosinteza u superkompjuteru. Poboljšanje fotosinteze nanotehnologijama. Osiguravanje super žetve ubrzavanjem procesa fotosinteze. Ugradnja ugljičnih nanocijevi u hloroplaste.
prezentacija, dodano 11.11.2014
Hemijski sastav ćelija, funkcije unutarćelijskih struktura, funkcije ćelija u organizmu životinja i biljaka, reprodukcija i razvoj ćelija, adaptacija ćelija na uslove okoline. Odredbe ćelijske teorije prema M. Schleidenu i T. Schwannu.
prezentacija, dodano 17.12.2013
Industrijska upotreba bioloških procesa na bazi mikroorganizama, ćelijskih kultura, tkiva i njihovih dijelova. Istorija nastanka i faze formiranja biotehnologije. Glavni pravci, zadaci i metode: kloniranje, genetski i ćelijski inženjering.
prezentacija, dodano 22.10.2016
Pojava molekularne biotehnologije. Istorija problema biološkog koda. Politika genske terapije somatskih ćelija. Akumulacija defektnih gena u budućim generacijama. Genska terapija za ćelije zametne linije. Genetika i problem čovjeka.
sažetak, dodan 25.09.2014
Metode uzgoja ljudskih i životinjskih somatskih stanica na umjetnim hranjivim podlogama kao preduvjet za razvoj ćelijskog inženjerstva. Faze somatske hibridizacije. Transfer genetskog materijala. Poreklo transgenih biljaka.
sažetak, dodan 23.01.2010
Osnovne metode biotehnologije. Reprodukcija organizama sa osobinama od interesa za ljude metodom ćelijske kulture. Osobine primjene metoda genetskog inženjeringa. Izgledi za metodu kloniranja. Tehničke poteškoće u primjeni metoda.
prezentacija, dodano 12.04.2013
Glavne funkcije vrčastih stanica kao stanica epitela crijevne sluznice i drugih organa kralježnjaka i čovjeka. Oblik ćelija i karakteristike njihove lokalizacije. Tajna peharaste ćelije. Učešće peharastih ćelija u izlučivanju sluzi.
U budućnosti, kako kažu pisci naučne fantastike, da biste izliječili bolest, samo trebate otići u apoteku koja liči na skladište rezervnih dijelova. I odaberite pravu policu. Ovdje rezervne oči, ovdje jetra, bubrezi, a u ovoj kutiji ruke i noge različitih veličina holivudski vizionari ne zaostaju za piscima, oni također dolijevaju ulje na vatru ove teme: spektakularno rastuće nove ruke i noge superheroja su impresivne. Ali u životu je, naravno, sve mnogo prozaičnije nego na ekranu. Iako već postoje neki preduslovi da osoba u bliskoj budućnosti "proba" biovještačke organe.
Inženjering tkiva je grana medicine koja se brzo razvija, a biologija doslovno oživljava fantaziju. Stručnjaci iz ove oblasti, proučavajući strukturu živih tkiva, pokušavaju ih uzgajati u laboratoriji kako bi potom umjetno stvoreno tkivo iskoristili za transplantaciju. Takva "proizvodnja" otvorit će vrlo ozbiljne izglede. Treba samo razmisliti o tome: bolesna (ranjena, osakaćena) osoba će se moći brzo oporaviti, dobit će nepresušan izvor za zamjenu oštećenih organa. Uostalom, savremeni tempo urbanizacije i razvoj tehničkih sredstava, začudo, izlaže stanovnike Zemlje sve većim opasnostima i bolestima, svim vrstama povreda u raznim katastrofama, tako da je zadatak tkivnih inženjera zaista širok za rast. kosti, hrskavice i organe za zamjenu oštećenih.
Kao i sve grane medicine, tkivno inženjerstvo ima svoju terminologiju i metodološke pristupe. Svaki postupak "tkivnog inženjeringa" počinje dobivanjem početnog ćelijskog materijala - prvi korak. U pravilu se radi toga radi biopsija, odnosno uzimaju se ćelije željenog tipa od pacijenta kojem je potrebno biovještačko tkivo. Međutim, ne mogu se sve ćelije dovoljno intenzivno razmnožavati u vještačkom okruženju. Stoga je drugi pristup odabir nediferenciranih progenitornih stanica, takozvanih matičnih stanica, koje će sazreti i specijalizirati se već u laboratoriju. Ovo određuje odnos tkivnog inženjeringa i istraživanja matičnih ćelija. Međutim, ove dvije oblasti biomedicinskih istraživanja ne treba izjednačavati – tkivni inženjeri su radili na svojim projektima mnogo prije nego što je pojam "matične ćelije" postao poznat široj javnosti.
Drugi korak je kultivisanje dobijenih ćelija u laboratorijskim uslovima (in vitro) kako bi se njihov broj višestruko povećao. U ovom slučaju, u slučaju upotrebe nediferenciranih (matičnih) ćelija, one se stavljaju u posebno okruženje koje indukuje njihovu transformaciju u ćelije strogo određenog tipa. Da bismo shvatili koliko je to teško, dovoljno je reći da u tijelu postoji više od 200 vrsta ćelija. Da bi se postigao željeni rezultat, uzgoj se provodi u posebnim bioreaktorima. Oni ne samo da simuliraju sastav mješavine plinova i skup tvari u hranjivom mediju, već i održavaju fizičke parametre neophodne za razvoj ćelija i tkiva - osvjetljenje, protok ili pulsiranje tekućine, gravitaciju itd.
Ali za uzgoj živog tkiva nije dovoljno samo dobiti dovoljno pravih ćelija, potrebno je da budu pravilno organizovane u prostoru. Stoga je sljedeći korak formiranje trodimenzionalnog nosača skele za željeno tkivo, na kojem bi se oni mogli normalno razvijati i obavljati svoje funkcije nakon transplantacije u tijelo.
Konačno, kao rezultat svih ovih složenih manipulacija, nastaje gotov biovještački tkivni ekvivalentni transplantat, a zatim u posljednjoj fazi dolazi njegova implantacija u tijelo pacijenta (grafting). Korištenje vlastitih ćelija pacijenta za izradu transplantata je osnovni princip tkivnog inženjeringa. Uzimajući autoćelije, liječnici izbjegavaju imunološke probleme odbacivanjem presađenog materijala, zbog čega se šanse za uspješan ishod operacije dramatično povećavaju.
Na počecima tkivnog inženjeringa
Sa izuzetkom stvaranja Eve iz Adamovog rebra, kultivacija ćelija i tkiva počela je krajem 19. veka. Godine 1885. njemački embriolog Wilhelm Roux uspio je nekoliko dana održati održivost fragmenta pilećeg embriona u vještačkim uvjetima. Međutim, pravi uspjeh u kultivaciji tkiva izvan tijela postignut je tek nakon eksperimenata R. Harrisona 1907. godine: on je predložio korištenje zgrušane krvi ili limfe kao medija za razvoj tkiva u laboratorijskom staklenom posuđu in vitro.
Ova metoda je u Rusiju došla 1913. godine, kada je zaposlenik Carske vojnomedicinske akademije P.P. Avrorov i njegov kolega A.D. Timofejevski je neko vrijeme mogao uzgajati leukemična krvna zrnca. Godinu dana kasnije za ovaj problem se zainteresovao veliki ruski histolog Aleksandar Aleksandrovič Maksimov, profesor na istoj akademiji, koji ne samo da je ovom metodom potvrdio unitarnu teoriju hematopoeze, odnosno dokazao da se sva krvna zrnca razvijaju iz zajedničkog prethodnika, matične ćelije, ali i postavio temelj za dalji razvoj u oblasti kulture tkiva van tela. Na osnovu njegovih rezultata provedene su stotine studija o uzgoju vezivnog tkiva i krvnih stanica, stvaranju tkivno-inženjerskih ekvivalenata koštanog tkiva. Njegov prioritet u ovim studijama je prepoznat širom svijeta.
Prava era tkivnog inženjeringa, i zapravo njegovo izdvajanje kao samostalne grane medicine, započela je hrabrim radom C. Vacanti na kombinovanju živih ćelija i veštačkih nosača za njih u laboratoriji, koji je preduzeo 80-ih godina prošlog veka. . Danas, možda, nije ostao niti jedan ljudski organ čiji razvoj i regeneraciju tkivni inženjeri ne bi pokušali „ukrotiti“.
Podloga od tkanine
Izbor nosača za razvoj vještačkog tkiva jedan je od najozbiljnijih problema u tkivnom inženjerstvu. Njegov materijal mora biti siguran kako za ćelije koje će na njemu živjeti, tako i za tijelo u cjelini, gdje će potom biti presađeno biovještačko tkivo. U idealnom slučaju, materijal se s vremenom potpuno zamijeni tjelesnim tkivom. Istovremeno, mora imati jedinstvenu trodimenzionalnu organizaciju karakterističnu za ovu vrstu tkiva, koja bi reproducirala strukturu ekstracelularnog matriksa živog tkiva. Na primjer, za ponovno stvaranje šupljih cjevastih organa koriste se dijelovi sličnih organa (crijeva, dušnik, ureteri i mjehur) bez živih stanica dobivenih od velikih životinja. Ali drugi, najraznovrsniji i ponekad sasvim neočekivani materijali mogu se koristiti kao takvi nosači.
Najlakši način (ako je, naravno, prikladno ovdje govoriti o jednostavnosti) bio je stvaranje biovještačkih kostiju. Kao izvori ćelija za buduće kosti koriste se stromalne matične ćelije koštane srži, koje se mogu razviti u ćelije različitih tkiva, kao i osteogene (sposobne da formiraju koštano tkivo) ćelije različitog porekla. Pravo polje za fantaziju predstavlja se prilikom odabira nosača za njih. Koriste se kolagen raznih vrsta, staklokeramički materijali, čak i koralji. Dobra osnova su beživotne (smrtne) kosti ljudi i životinja, kao i složene sintetičke strukture koje se rastvaraju u tijelu tokom određenog vremenskog perioda. U potonjem slučaju glavni problem je sinkronizacija procesa osteogeneze, odnosno formiranje koštanog tkiva u području njegovog nedostatka i rastvaranje unesene umjetne strukture. Do danas je širom svijeta obavljeno nekoliko hiljada hirurških intervencija koristeći tkivno inženjering ekvivalente koštanog tkiva.
Ćelijska i tkivna rekonstrukcija zglobne hrskavice je veoma tražena na tržištu medicinskih usluga. Hrskavica je posebno tkivo koje se ne regeneriše u prirodnim uslovima. Prema nekim procjenama stručnjaka, samo tržište ovih proizvoda u SAD moglo bi iznositi stotine miliona dolara godišnje.
Inženjeri tkiva nisu zanemarili kožu, najveći organ na ljudskom tijelu. Ukupna površina kože odraslog muškarca doseže 2,5 m 2 s težinom od 1520 kg (uključujući potkožno tkivo). Koža je prilično složena i obavlja niz vitalnih funkcija, zbog čega se kod njenih velikih oštećenja, osim lokalnih poremećaja, mogu uočiti i opće patološke manifestacije koje ponekad dovode život pacijenta u opasnost. Kod teških opekotina i dugotrajnih čireva koja ne zacjeljuju, koža nije u stanju sama obnoviti svoj integritet. U pomoć priskaču stručnjaci, koji već imaju ne samo laboratorijske prototipove, već i komercijalne uzorke biovještačke kože. Do danas su hiljade ljudi u svijetu već koristile usluge kompanija koje nude slične preparate tkiva na tržištu medicinskih usluga.Ali najfantastičnije rezultate postigli su tkivni inženjeri u dječjoj praksi. Rastući organizam postavlja posebne zahtjeve za stvaranje tkivno-inženjerskih struktura, jer one moraju rasti zajedno s tijelom djeteta. Dakle, nedavno su nemački naučnici stvorili srčani zalistak tkivno projektovan. Srčani zalistak odrasle svinje uzet je kao osnova za ćelije vaskularnog zida (endotela). A krvne ćelije iz pupčane vrpce djeteta postale su izvor staničnog materijala. Inače, donedavno se krv iz pupčane vrpce odbacivala prilikom porođaja zajedno sa placentom, ali sada sve više dokaza govori da očuvanje ovih ćelija u hemabankama u određenim slučajevima može dati šansu da se čovjeku spasi život.
veštačka vilica
Ne tako davno, grupa njemačkih specijalista iz grada Kiela, predvođena Patrikom Warnkeom, prijavila je uspješnu rekonstrukciju donje vilice, koja je zbog tumorske lezije skoro potpuno uklonjena. U početku, doktori su morali da naprave okvir vilice od titanijuma koji je bio ispunjen koštanim matriksom, koštanom srži pacijenta i faktorima rasta kostiju. Međutim, tako veliki fragment nije se mogao smjestiti odmah u područje oštećenja, jer stanice koštane srži, uključujući matične stanice, lišene vlastite vaskularne mreže, ne samo da se ne bi diferencirale u osteoblaste (ćelije koje proizvode koštano tkivo), ali bi takođe umrli od gladovanja kiseonikom i nedostatka hranljivih materija. Stoga je rezultirajući dizajn uveden u mišiće leđa. To je učinjeno kako bi u debljini mišića koji se intenzivno opskrbljuju krvlju, same žile prerasle u debljinu "biološke proteze". Kada se to dogodilo, struktura je uklonjena i transplantirana na svoje mjesto, a prethodno su mikrohirurškim putem spojili žile donje vilice i bioprotezu.
Svake godine se izvodi sve više ovakvih ili sličnih operacija. Omogućuju ne samo obnavljanje funkcije izgubljenog organa, već i estetski kozmetički učinak.
Vessels maramice!
Jedan od faktora koji ograničavaju maštu tkivnih inženjera je nemogućnost stvaranja relativno velikih struktura zbog nedostatka adekvatne opskrbe krvlju i inervacije (veze sa centralnim nervnim sistemom). Tkivno-inženjerske strukture izvađene iz vještačkog okruženja su u opasnosti od umiranja zbog činjenice da nemaju krvne žile i da u tijelu pacijenta neće biti adekvatno opskrbljene hranjivim tvarima. Djelomično se ovaj problem može riješiti prefabrifikacijskim privremenim postavljanjem tkivno-inženjerske strukture stvorene u laboratoriju ispod kože ili između mišića. Nakon nekog vremena, kada krvne žile izrastu kroz cijeli volumen grafta, on se izoluje uz očuvanje krvnih žila i prenosi na područje oštećenja. Međutim, ovakav pristup je povezan sa nanošenjem dodatne hirurške traume pacijentu, pa su tkivni inženjeri pronašli genijalno rešenje: bioumjetna tkiva bioumjetne žile! Prvi radovi su izvedeni sa polimernim mikrotubulama obloženim iznutra endotelom. Takve cijevi prodiru kroz cijelu debljinu tkiva stvorenog u laboratoriju. Postepeno, polimer se otapa i ne ometa razmjenu plinova i hranjivih tvari između krvi i stanica.
Danas gotovo ništa ne ograničava mogućnosti tkivnih inženjera. Stvoreni su ne samo laboratorijski prototipovi, već su u kliničkoj praksi primijenjeni i tkivno-inženjerski ekvivalenti bradavica mliječne žlijezde, biovještačke bešike i uretera. Određeni su metodički pristupi stvaranju pluća, jetre, dušnika, crijevnih sekcija, pa čak i kavernoznih tijela penisa.
Izgradnja parenhimskih organa jetre, pluća i drugih predstavlja posebnu poteškoću, jer su sve ćelije u njima u delikatnom odnosu i moraju striktno zauzeti svoje pravo mjesto u trodimenzionalnom prostoru. Neočekivani pozitivni rezultati su se pojavili kada su ćelije uzgajane u suspenziji bez vezivanja za površinu. Tim istraživača predvođen profesorom Colinom McGuckinom sa Univerziteta Newcastle, UK, koristio je rotirajući bioreaktor dizajniran prije 10 godina posebno za Međunarodnu svemirsku stanicu. Omogućava vam da simulirate uslove bestežinskog stanja i mikrogravitacije na Zemlji. Pokazalo se da kada se u njemu uzgajaju matične ćelije iz krvi pupčane vrpce, moguće je postići ne samo njihovu transformaciju u funkcionalno aktivne ćelije jetre, već i organogenezu formiranje analoga tkiva jetre sa svojim inherentnim funkcijama.
Ništa manje iznenađujući rezultati dobiveni su eksperimentima zasićenja ćelijskih kultura nanočesticama metala pomoću liposoma, koji slobodno prodiru kroz staničnu membranu. Prisutnost takvih struktura unutar ćelije praktički nema utjecaja na nju. Ali naučnici dobijaju priliku da kontrolišu rast ćelija delujući na njih magnetnim poljima različitih pravaca. Na taj način je bilo moguće stvoriti ne samo analoge struktura jetre, već i tako složene strukture kao što su elementi mrežnice. Razvoj oka tkivnog inženjeringa još je u vrlo ranoj fazi, ali je već bilo moguće dobiti ekvivalente njegovih pojedinačnih dijelova - rožnjače, sklere i šarenice. Istina, problem integracije dobijenih dijelova još uvijek nije riješen. Ipak, u naučnoj literaturi se mogu naći podaci o transplantaciji štapića i čunjića osjetljivih na svjetlost stanica u „svetinju nad svetinjama“ oka mrežnicu, međutim, zasad samo u eksperimentalnim uvjetima.Možda, da bi se konačno osjećali svemoćni, tkivni inženjeri samo trebaju naučiti kako da u laboratoriju rekreiraju složene derivate nervnih primordija.
U vodećim zapadnim i domaćim laboratorijama stručnjaci pokušavaju reproducirati razvoj još jednog izuzetno teškog organa za obnovu - zuba. Poteškoće pri njegovom stvaranju su uzrokovane činjenicom da se komponente zuba razvijaju iz različitih izvora: dijelom iz derivata nervnog sistema - nervnog grebena, a dijelom iz epitelne obloge usne šupljine. Dugo vremena nije bilo moguće kombinovati ove izvore in vitro. Do danas su samo rane faze razvoja zuba djelomično reproducirane pod umjetnim uvjetima. U pravilu se ne može bez pomoći tijela, a nakon faze laboratorijskog rada, prototip budućeg zuba još uvijek se mora posaditi u njegovo prirodno okruženje - alveolu vilice (zubnu čahuru) za potpuno "sazrevanje" strukture tkivnog inženjeringa.
Kao rezultat toga, možemo reći da je proteklih dvadeset godina obilježila pojava nove grane biologije i medicine – tkivnog inženjerstva. Specijalisti koji rade u ovoj oblasti imaju zaista jedinstvene kvalitete. Moraju biti podjednako i doktori i biolozi, a moraju imati i vještine hirurga. Takvi se sada nigdje ne pripremaju, barem kod nas. Po pravilu, tkivni inženjeri su entuzijasti koji su sebi postavili cilj da bajku iz djetinjstva pretvore u stvarnost. Za sada je univerzalni ljudski problem s kojim se bave daleko od rješenja. Svake godine stotine hiljada ljudi širom svijeta umire od hroničnih bolesti ne čekajući spasonosnu transplantaciju organa donora. Danas, očigledno, nema naučnika koji bi poricali da je tkivni inženjering lijek budućnosti, čiji su uspjesi od ogromnog značaja za cijelo čovječanstvo. Ali u isto vrijeme, teško je naći takvog specijaliste koji će bezuvjetno pozivati svakoga da se liječi metodama tkivnog inženjeringa, previše je pitanja i neriješenih problema sa kojima se suočava ova vrlo perspektivna oblast znanja.
Povezane stranice
www.celltranspl.ru Web stranica "Ćelijske tehnologije u medicini". Ovdje se nalazi i elektronski časopis "Transplantacija ćelija i tkivno inženjerstvo".
www.gemabank.ru Web stranica Gemabank banke matičnih ćelija posvećena je skladištenju i korištenju krvi iz pupčane vrpce.
organprint.missouri.edu Sajt naučne grupe sa Univerziteta Misuri, SAD, posvećen veštačkim organima štampanim na specijalizovanom štampaču.