Funkcionális csontszövet tervezés: impulzusok és állványszerkezetek. Szövetmérnök Szakmailag fontos tulajdonságok
Küldje el a jó munkát a tudásbázis egyszerű. Használja az alábbi űrlapot
Diákok, végzős hallgatók, fiatal tudósok, akik a tudásbázist tanulmányaikban és munkájukban használják, nagyon hálásak lesznek Önnek.
közzétett http://www.allbest.ru/
közzétett http://www.allbest.ru/
Makeevskaya középiskola I - III szint №72
témában: Szövettechnika az orvostudományban
Elkészült:
Shujaulla Kamil
Bevezetés
1.1 Elsődleges cellák
1.2 Őssejtek
3.2 3D bionyomtatás
4. Szövettenyésztés
4.7 Csontvelő
5 Szervnövekedés
5.1 Hólyag
5.2 Légcső
5.4 Máj
5.5 Szív
5.6 Tüdők
Következtetés
Alkalmazás
Bevezetés
A szövetek és szervek biológiai helyettesítőinek létrehozásával foglalkozó biotechnológia egyik iránya a szövetmérnökség (TI).
A szövetsebészet új szövetek és szervek létrehozása a sérült szerv terápiás rekonstrukciója érdekében azáltal, hogy tartószerkezeteket, sejteket, molekuláris és mechanikai jeleket juttat el a regenerációhoz szükséges helyre.
Jelenleg a szövetsebészetet kezdik alkalmazni a klinikai gyakorlatban a degeneratív betegségek és fejlődési rendellenességek kezelésére; égési sebekkel és sérülésekkel, késői hidro- és ureterohydronephrosisokkal, valamint fogászati és kozmetikai műtétekkel.
Modern fejlesztések a biogyógyászatban, és különösen a szövettechnológiában; felhasználható a kezelés hatékonyságának javítására az elveszett, funkcionálisan jelentős szövetek helyreállításában.
1. Sejtek szövetsebészeti célokra
A siker legfontosabb eleme, hogy rendelkezésre álljon a szükséges számú funkcionálisan aktív sejt, amely képes differenciálódni, fenntartani a megfelelő fenotípust és ellátni meghatározott biológiai funkciókat. A sejtek forrása testszövetek és belső szervek lehetnek. Lehetőség van helyreállító terápiára szoruló betegtől, vagy közeli hozzátartozójától (autogén sejtek) származó megfelelő sejtek felhasználására. Különböző eredetű sejtek használhatók, beleértve az elsődleges és őssejteket.
1.1 Elsődleges cellák
Az elsődleges sejtek egy adott szövet érett sejtjei, amelyek közvetlenül a donor szervezetből (ex vivo) vehetők ki műtéttel. Ha a primer sejteket egy bizonyos donor szervezetből veszik, és ezt követően ezeket a sejteket recipiensként kell beültetni, akkor a beültetett szövet kilökődésének valószínűsége kizárt, mivel az elsődleges sejtek maximálisan lehetséges immunológiai kompatibilitása. és a címzett. Az elsődleges sejtek azonban általában nem képesek osztódni - reprodukciós és növekedési potenciáljuk alacsony.
Ha ilyen sejteket in vitro tenyésztenek (szövetsebészeti módszerrel), bizonyos sejttípusok esetében dedifferenciálódás, azaz specifikus, egyedi tulajdonságok elvesztése lehetséges. Például a testen kívüli tenyészetbe bevitt kondrociták gyakran inkább rostos, mint átlátszó porcot termelnek.
Mivel az elsődleges sejtek nem képesek osztódni, és elveszíthetik sajátos tulajdonságaikat, szükség van alternatív sejtforrásokra a sejtmérnöki technológiák fejlesztéséhez. Az őssejtek váltak ilyen alternatívává.
1.2 Őssejtek
Az őssejtek olyan differenciálatlan sejtek, amelyek specifikus biológiai ingerek hatására képesek osztódni, önmegújulni és különféle speciális sejtekké differenciálódni.
Az őssejteket "felnőtt" és "embrionális" csoportokra osztják.
A "felnőtt" őssejtek forrása a gyermek születése után gyűjtött köldökzsinórvér. Ez a vér nagyon gazdag őssejtekben. Ha ezt a vért a gyermek köldökzsinórjából kivesszük, és kriobankba (speciális tárolóba) helyezzük, az őssejtek később ennek az egyednek szinte minden szövetét és szervét helyreállíthatják. Ezeket az őssejteket más betegek kezelésére is fel lehet használni, feltéve, hogy antigénkompatibilisek. Amerikai tudósok az emberi méhlepényből (ott számuk tízszer nagyobb, mint a köldökzsinórvérben) olyan őssejteket nyertek, amelyek bőr-, vér-, izom- és idegsejtekké képesek átalakulni.
Egy másik típusú őssejtek, a magzati (embrionális) őssejtek forrása a 9-12 hetes terhesség vetélőanyaga. Ez a forrás messze a leggyakrabban használt. Az etikai és jogi súrlódásoktól eltekintve azonban a magzati sejtek néha transzplantátum kilökődést okozhatnak. Ezenkívül a nem tesztelt abortív anyagok használata tele van a beteg vírusos hepatitisszel, AIDS-szel, citomegalovírussal stb.
A sejtek szerveződésének irányításához, a sejtek növekedésének és differenciálódásának fenntartásához a sérült szövetek újjáépítésének folyamatában speciális sejthordozóra van szükség - egy mátrixra, amely egy szivacshoz vagy habkőhöz hasonló háromdimenziós hálózat (kiegészítő 3. ábra). . Létrehozásukhoz biológiailag inert szintetikus anyagokat, természetes polimereken alapuló anyagokat (kitozán, alginát, kollagén) és biokompozitokat használnak. Például a csontszövet ekvivalenseit a csontvelő, a köldökzsinórvér vagy a zsírszöveti őssejtek oszteoblasztokká történő irányított differenciálásával nyerik, amelyeket aztán különféle anyagokra alkalmaznak, amelyek támogatják az osztódásukat (például donor csont, kollagén mátrixok stb.). .
2. A mesterséges szervek létrehozásának szakaszai
A mai napig a szövetsebészet egyik stratégiája a következő:
1. Saját vagy donor sejtanyag kiválasztása és termesztése.
A sejtanyag lehet regenerált szövetsejtek vagy őssejtek.
Az első szakaszban saját vagy donor sejtanyagot választanak ki (biopszia), izolálják és tenyésztik a szövetspecifikus sejteket. A szövetmérnöki struktúra, vagy graft összetétele a sejttenyésztés mellett speciális hordozót (mátrixot) is tartalmaz.
2. Biokompatibilis anyagokon alapuló speciális sejthordozó (mátrix) kidolgozása
A mátrixok különféle biokompatibilis anyagokból készülhetnek. Az oltványok mátrixainak létrehozásához biológiailag inert szintetikus anyagokat, természetes polimereken alapuló anyagokat (kitozán, alginát, kollagén), valamint biokompozit anyagokat használnak. Például a csontszövet ekvivalenseit a csontvelő, a köldökzsinórvér vagy a zsírszöveti őssejtek célzott differenciálásával nyerik. A kapott tenyészet sejtjeit a mátrixra visszük. mérnöki szöveti szervtermesztés
3. Sejttenyészet alkalmazása mátrixra és sejtszaporítás speciális tenyésztési körülményekkel rendelkező bioreaktorban
Ahol a tenyészetet egy bizonyos ideig inkubálják. Az első bioreaktorokat mesterséges májszövet előállítására hozták létre.
4. A graft közvetlen bejuttatása az érintett szerv területére, vagy előzetes behelyezése a vérrel jól ellátott területen az éréshez és a graft belsejében a mikrocirkuláció kialakításához (előregyártás)
A mátrixok előállításához felhasznált bioanyagoknak biológiailag közömbösnek kell lenniük, és az oltás (testbe történő átvitel) után biztosítaniuk kell a rájuk lerakódott sejtanyag meghatározott helyen történő lokalizációját. A legtöbb szövetmérnöki bioanyag könnyen elpusztul (felszívódik) a szervezetben, és helyébe a saját szövetei lépnek. Ebben az esetben nem szabad olyan köztes termékek képződnie, amelyek mérgezőek, megváltoztatják a szövet pH-ját, vagy rontják a sejttenyészet növekedését és differenciálódását. Szinte soha nem használnak fel nem szívódó anyagokat, mert korlátozzák a regenerációs aktivitást, túlzott kötőszövetképződést okoznak, idegen testre reakciót váltanak ki (kapszulázódás)
Az USA-ban, Oroszországban és Olaszországban jelenleg széles körben alkalmazzák a donor vagy saját bőrsejteket tartalmazó élő bőr ekvivalenseket. Ezek a kialakítások javítják a kiterjedt égési felületek gyógyulását. A graftok fejlesztését a kardiológiában is végzik (mesterséges szívbillentyűk, nagy erek és kapillárishálózatok rekonstrukciója); a légzőszervek (gége, légcső és hörgők), vékonybél, máj, húgyúti szervek, endokrin mirigyek és idegsejtek helyreállítására. A fém nanorészecskéket a szövettervezésben a sejtek növekedésének szabályozására használják azáltal, hogy különböző irányú mágneses mezőknek teszik ki őket. Így például nemcsak a májszerkezetek analógjait lehetett létrehozni, hanem olyan összetett struktúrákat is, mint a retina elemei. Ezenkívül az elektronsugaras litográfia (elektronsugaras litográfia, EBL) módszerével előállított nanokompozit anyagok a mátrixok nanoméretű felületi érdességét biztosítják a csontimplantátumok hatékony kialakításához. A mesterséges szövetek és szervek létrehozása lehetővé teszi a legtöbb donorszerv átültetésének elutasítását, javítja a betegek életminőségét és túlélését.
3. A szövetsebészet alapvető módszerei
3.1 A természetes organogenezis szimulációja
Organogenezis - a szervek kialakulásának folyamata az embrionális fejlődés során
Az organogenezist a sejtek, szövetek differenciálódása, az egyes szervek és testrészek szelektív és egyenetlen növekedése kíséri, a lárvában folytatódik és a fiatalkori periódusban ér véget.
3.2 3D bionyomtatás
Az ígéretes szövetmérnöki technológiák lehetővé tették élő szövetek és szervek laboratóriumi létrehozását, de a tudomány még mindig tehetetlen az összetett szervek létrehozása előtt. Viszonylag a közelmúltban azonban a németországi Fraunhofer Társaság Dr. Gunter Tovar vezette tudósai óriási áttörést értek el a szövetmérnöki területen – kifejlesztettek egy technológiát az erek létrehozására. De úgy tűnt, hogy lehetetlen mesterségesen létrehozni a kapilláris szerkezeteket, mivel rugalmasnak, rugalmasnak, kicsinek kell lenniük, és ugyanakkor kölcsönhatásba kell lépniük a természetes szövetekkel. Furcsa módon, de a gyártási technológiák segítettek - a gyors prototípuskészítés (más szóval, 3D nyomtatás) módszere. Nyilvánvaló, hogy egy összetett háromdimenziós modellt (esetünkben egy véredényt) egy háromdimenziós tintasugaras nyomtatóra nyomtatnak speciális "tintával". A nyomtató rétegesen hordja fel az anyagot, és bizonyos helyeken a rétegeket kémiailag összekapcsolják. Megjegyezzük azonban, hogy a legkisebb kapillárisok esetében a háromdimenziós nyomtatók még nem elég pontosak. Ebben a tekintetben a polimeriparban alkalmazott multifoton polimerizációs eljárást alkalmazták. Az anyagot feldolgozó rövid, intenzív lézerimpulzusok olyan erősen gerjesztik a molekulákat, hogy azok kölcsönhatásba lépnek egymással, hosszú láncokba kapcsolódnak. Így az anyag polimerizálódik és kemény, de rugalmas lesz, mint a természetes anyagok. Ezek a reakciók olyannyira irányíthatóak, hogy háromdimenziós "rajz" alapján a legkisebb struktúrákat is meg lehet velük alkotni.
És annak érdekében, hogy a létrehozott erek csatlakozhassanak a test sejtjeihez, az edények gyártása során módosított biológiai struktúrákat (például heparint) és „horgonyzó” fehérjéket integrálnak beléjük. A következő szakaszban az endothel sejteket (az erek belső felületét bélelő lapos sejtek egyetlen rétege) a létrehozott „tubulusok” rendszerében rögzítik, így a vérkomponensek nem tapadnak az érrendszer falához, hanem szabadon. azon szállítják. Azonban eltart egy ideig, amíg a laboratóriumban kinőtt, saját erekkel rendelkező szerveket ténylegesen be lehet ültetni.
Növekvő szervek donor vagy xenológiai mátrixon, szervek termesztése mesterséges mátrixon lásd 3. o
4. Szövettenyésztés
Az egyszerű szövetek termesztése már létező és a gyakorlatban is alkalmazott technológia.
A sérült bőrterületek helyreállítása már a klinikai gyakorlat része. Egyes esetekben módszereket alkalmaznak a személy bőrének regenerálására, például az égési sérülés áldozataira speciális effektusok révén. Ezt például az R.R. Rakhmatullin bioműanyag anyagból készült hyamatrix vagy biocol, amelyet a B.K. által vezetett csapat fejlesztett ki. Gavrilyuk. Speciális hidrogéleket is használnak az égési hely bőrének növelésére.
A bőrszövet töredékeinek speciális nyomtatókkal történő nyomtatására szolgáló módszereket is fejlesztenek. Ilyen technológiákat hoznak létre például az amerikai regeneratív orvoslási központok, az AFIRM és a WFIRM fejlesztői.
Dr. Jorg Gerlach és munkatársai a Pittsburgi Egyetem Regeneratív Orvostudományi Intézetében olyan bőrátültető készüléket találtak ki, amely segít az embereknek gyorsabban gyógyulni a különböző súlyosságú égési sérülésekből. A Skin Gun saját őssejtjeit tartalmazó oldatot permetez az áldozat sérült bőrére. Jelenleg egy új kezelési módszer kísérleti stádiumban van, de az eredmények már lenyűgözőek: a súlyos égési sérülések néhány nap alatt begyógyulnak.
A Columbia Egyetem alkalmazottainak egy csoportja Gordana Vunjak-Novakovic (Gordana Vunjak-Novakovic) vezetésével egy keretre oltott őssejtekből a temporomandibularis ízület egy részéhez hasonló csonttöredéket kapott.A Bonus Biogroup izraeli cég tudósai (alapító és ügyvezető igazgató) - Pai Meretsky, Shai Meretzki módszereket fejleszt ki emberi csont növesztésére a páciens zsírleszívással nyert zsírszövetéből. Az így nevelt csontot már sikeresen átültették egy patkány mancsába.
Az Udine Egyetem olasz tudósai be tudták mutatni, hogy egyetlen zsírszövet sejtből in vitro nyert mesenchymális őssejtek populációja még specifikus szerkezeti mátrix vagy szubsztrát hiányában is megkülönböztethető fogcsírára emlékeztető szerkezetté. .
A Tokiói Egyetemen a tudósok teljes értékű fogakat növesztettek egér őssejtekből, amelyek fogcsontokat és kötőrostokat tartalmaznak, és sikeresen ültettek át állatok állkapcsába.
A Columbia University Medical Center (Columbia University Medical Center) szakembereinek Jeremy Mao (Jeremy Mao) vezetésével sikerült helyreállítani a nyulak ízületi porcikáját.
A kutatók először a vállízület porcszövetét, valamint az alatta lévő csontszövetet távolították el az állatokról. Ezután az eltávolított szövetek helyére kollagén állványokat helyeztek.
Azoknál az állatoknál, amelyek váza transzformáló növekedési faktort, a sejtdifferenciálódást és -növekedést szabályozó fehérjét tartalmazott, a humeruson újra kialakult a csont- és porcszövet, és teljesen helyreállt a mozgás az ízületben.
Az austini Texasi Egyetem amerikai tudósainak egy csoportja olyan porcszövetet hozott létre, amelynek mechanikai tulajdonságai és az extracelluláris mátrix összetétele különböző területeken változik.
1997-ben Jay Vscanti, a bostoni Massachusetts General Hospital sebészének sikerült emberi fület növeszteni egy egér hátára porcsejtek segítségével.
A Johns Hopkins Egyetem orvosai eltávolítottak egy daganatos fület és a koponyacsont egy részét egy 42 éves rákos nőtől. A páciens mellkasából származó porcok, bőr és más testrészekből származó vérerek felhasználásával műfület növesztettek a karjára, majd átültették a megfelelő helyre.
A Worcester Polytechnic Institute (USA) kutatói sikeresen helyreállítottak egy nagy sebet egerekben az izomszövetben emberi izomsejtek rétegével bevont fehérjepolimer fibrinből álló mikrofilamentumok növesztésével és beültetésével.
A Technion-Israel Institute of Technology izraeli tudósai in vitro vizsgálják a vaszkularizáció és a szövetek szerveződésének szükséges mértékét annak érdekében, hogy javítsák a szövet-manipulált vaszkularizált izomimplantátum túlélését és beépülését a recipiens testébe.
A párizsi Pierre és Marie Curie Egyetem kutatói Luc Douay vezetésével a világon először sikeresen teszteltek emberi önkénteseken őssejtekből növesztett mesterséges vért.
A kísérletben résztvevők mindegyike 10 milliárd vörösvérsejtet kapott, ami körülbelül két milliliter vérnek felel meg. A kapott sejtek túlélési aránya hasonló volt a hagyományos eritrocitákéhoz.
4.7 Csontvelő
Vérsejtek in vitro előállítására tervezett mesterséges csontvelőt sikerült először létrehozni a Michigani Egyetem vegyészmérnöki laboratóriumának kutatóinak Nicholas Kotov vezetésével. Segítségével már elérhető a vérképző őssejtek és a B-limfociták - az immunrendszer antitesteket termelő sejtjei.
5. Bonyolult szervek növekedése
5.1 Hólyag
Dr. Anthony Atala és munkatársai az egyesült államokbeli Wake Forest Egyetemen hólyagot növesztenek a betegek saját sejtjéből, és átültetik azokat a betegekbe.
Kiválasztottak több beteget, és húgyhólyagbiopsziát vettek tőlük - izomrost- és uroteliális sejtmintákat. Ezek a sejtek hét-nyolc hétig szaporodtak Petri-csészékben, buborék alakú alapon. Majd az így növesztett szerveket bevarrták a betegek testébe.
A betegek több éves nyomon követése azt mutatta, hogy a szervek jól működtek, a régebbi kezelések negatív hatásai nélkül.
Valójában ez az első alkalom, hogy az egyszerű szövetek, például a bőr és a csontok helyett egy kellően összetett szervet mesterségesen növesztettek in vitro és ültettek át emberi testbe. Ez a csapat más szövetek és szervek termesztésére szolgáló módszereket is fejleszt.
5.2 Légcső
Spanyol sebészek végezték el a világon elsőként egy beteg, a 30 éves Claudia Castillo őssejtjeiből kinőtt légcső transzplantációját.
A szervet a Bristoli Egyetemen növesztették kollagénrostokból álló donor állvány segítségével.
A műtétet Paolo Macchiarini professzor végezte a Hospital Clínic de Barcelona munkatársa.
Macchiarini professzor aktívan együttműködik orosz kutatókkal, ami lehetővé tette az első műtétek elvégzését egy kifejlett légcső átültetésére Oroszországban.
Az Advanced Cell Technology 2002-ben arról számolt be, hogy egy tehén füléből vett egyetlen sejtből sikeresen teljes vesét növesztettek klónozási technológiával, hogy őssejteket nyerjenek.
Egy speciális anyag segítségével az őssejteket vesesejtekké alakították.
A szövetet a Harvard Orvosi Iskolában készített önmegsemmisítő anyagból készült állványon növesztették, és olyan formájúak, mint egy közönséges vese. Az így kapott, körülbelül 5 cm hosszú veséket a fő szervek mellé ültették be a tehénbe.
Ennek eredményeként a mesterséges vese sikeresen kezdett vizeletet termelni.
5.4 Máj
A Massachusettsi Általános Kórház (Massachusetts General Hospital) amerikai szakemberei Korkut Yugun (Korkut Uygun) vezetésével sikeresen ültettek át több patkányba a laboratóriumban saját sejtekből növesztett májat.
A kutatók öt laboratóriumi patkány máját eltávolították, megtisztították a gazdasejtektől, így kapták meg a szervek kötőszövetes vázát.
A kutatók ezután hozzávetőleg 50 millió májsejtet fecskendeztek befogadó patkányokból mind az öt állványba. Két héten belül a sejtekkel benépesült állványokon egy-egy teljesen működőképes máj alakult ki.
A laboratóriumban növesztett szerveket ezután sikeresen átültették öt patkányba.
5.5 Szív
A Megdi Yakub vezette Heafield brit kórház tudósai a történelem során először növesztették ki a szív egy részét, őssejteket használva "építőanyagként". Az orvosok olyan szövetet növesztettek, amely pontosan úgy működik, mint az emberi test véráramlásáért felelős szívbillentyűk. A Rostocki Egyetem (Németország) tudósai lézer-induced-forward-transfer (LIFT) sejtnyomtatási technológiát alkalmaztak a szív regenerációjára tervezett „tapasz” elkészítéséhez.
5.6 Tüdők
A Yale Egyetem (Yale Egyetem) amerikai tudósai Laura Niklason (Laura Niklason) vezetésével a laboratóriumi tüdőben (donor extracelluláris mátrixon) nőttek fel. A mátrixot tüdőhámsejtek és más személyektől vett erek belső bélése töltötte meg. A bioreaktorban történő tenyésztés révén a kutatók új tüdőket tudtak növeszteni, amelyeket aztán több patkányba ültettek át. A szerv normálisan működött különböző egyénekben az átültetés után 45 perctől két óráig. Ezt követően azonban vérrögök kezdtek kialakulni a tüdő ereiben. Ezenkívül a kutatók feljegyezték kis mennyiségű vér szivárgását a szerv lumenébe. A kutatóknak azonban most először sikerült kimutatniuk a regeneratív gyógyászatban rejlő lehetőségeket a tüdőtranszplantációban.
Következtetés
A celluláris (szöveti) technológia a biotechnológia egyik ága, amely módszereket alkalmaz a sejtek izolálására a szervezetből, transzformációjára és tápközegen történő termesztésére.
A sejttervezés egyik területe az őssejtek felhasználása a sérült szövetek és szervek helyreállítására. Laboratóriumi körülmények között lehetséges az őssejtek szaporodása és további specializációja. Ez lehetőséget nyit az emberek és állatok szöveteinek és egyes szerveinek mesterséges tenyésztésére abból a célból, hogy később bejusson az élőlényekbe.
A sejtfejlesztés másik területe az organizmusok klónozása. Klón (a görög. Clone - ág, utódok) sejtek vagy egyedek gyűjteménye, amelyeket egy közös őstől kaptak ivartalanul; klón genetikailag homogén sejtekből vagy organizmusokból áll. A növényekben a természetes klónozás széles körben elterjedt az ivartalan, különösen a vegetatív szaporodás miatt. A tudósok mesterséges növényi klónokat is kapnak.
Alkalmazás
Az Allbest.ru oldalon található
Hasonló dokumentumok
Géntechnológia: előfordulástörténet, általános jellemzők, előnyei és hátrányai. Ismerkedés a géntechnológia legújabb módszereivel, azok orvosi felhasználásával. A géntechnológia fejlesztése az állattenyésztés és a baromfitenyésztés területén. Kísérletek patkányokon.
szakdolgozat, hozzáadva 2012.07.11
A biotechnológia megjelenése. A biotechnológia fő irányai. A bioenergia mint a biotechnológia ága. A biotechnológia gyakorlati eredményei. A géntechnológia története. A géntechnológia céljai, módszerei és enzimei. Eredmények a géntechnológia területén.
absztrakt, hozzáadva: 2008.07.23
A génsebészet alkalmazása biotechnológiai eszközként az élő szervezetek öröklődésének szabályozására. A géntechnológia főbb módszereinek és eredményeinek jellemzői az orvostudományban és a mezőgazdaságban, a kapcsolódó veszélyek és kilátások.
jelentés, hozzáadva: 2011.10.05
Emberi és állati szomatikus sejtek mesterséges táptalajokon való tenyésztésének módszerei, mint a sejtsejttechnika fejlődésének előfeltétele. A szomatikus hibridizáció szakaszai. Genetikai anyag átadása. A transzgénikus növények eredete.
absztrakt, hozzáadva: 2010.01.23
A géntechnológia fogalma és alapvető módszerei. DNS-kivonás módszere DNS-plazmidok példáján. A korlátozó-módosító rendszer működési elvei. Klónozott gének átvitele és kimutatása sejtekben. Rekombináns DNS-molekulák felépítése és sejtekbe juttatása.
absztrakt, hozzáadva: 2010.01.23
A gén- és sejttechnológia lényege. A növények génmódosításának fő feladatai, élelmiszerekben való felhasználásuk ártalmasságának elemzése. A növényi és állati sejtek hibridizációjának jellemzői. A gyógyászati anyagok géntechnológiával történő megszerzésének mechanizmusa.
bemutató, hozzáadva 2014.01.26
Egy faj génjeinek és DNS-részeinek átültetése egy másik szervezet sejtjébe. A géntechnológia története. A géntechnológiával módosított szervezetekhez való hozzáállás a világon. Új GM fajták. Mit hoz a géntechnológia az emberiség számára? Milyen kilátásai vannak a géntechnológiának.
bemutató, hozzáadva 2015.02.24
A géntechnológia története, céljai és alapjai; bioetikai szempontok. Genetikai betegségek csoportjai, diagnózisuk és kezelésük. A génsebészet alkalmazása az orvosi gyakorlatban: génvakcinák, génterápia, gyógyszergyártás.
absztrakt, hozzáadva: 2011.10.26
A természetben nem létező sejtek felhasználása biotechnológiai folyamatokban. A gének sejtekből történő izolálása, a velük való manipuláció, más élőlényekbe való bejuttatás a géntechnológia feladatainak középpontjában áll. A géntechnológia története. A GMO-kat tartalmazó termékek problémái.
bemutató, hozzáadva 2014.02.21
A genetika megjelenésének előfeltételei. A mutációs elmélet megalapozása. A genetika mint az öröklődés tudománya: kezdeti törvényei és fejlődése. Génsebészet: kutatási szempontok és gyakorlati eredmények. A szervek és szövetek klónozása.
A szövetmérnöki konstrukciókat biológiai helyettesítők létrehozására használják a szövetek helyreállítására vagy működésének javítására. A sejteket, mint a konstrukció összetevőit, különböző forrásokból lehet beszerezni, és a differenciálódás különböző szakaszaiban vannak a gyengén differenciált sejtektől a magasan differenciált speciális sejtekig. Az elkészített mátrix sejtek általi kolonizálása a modern biomedicina sürgető problémája. Ugyanakkor a mátrix felületének tulajdonságai befolyásolják a sejt kolonizációját, beleértve a sejtek kötődését és proliferációját a mátrix mentén.
A szövetmanipulált konstrukciók előállításának jelenleg ismert módszerei sejtszuszpenzió elkészítését és ennek a szuszpenziónak egy biológiailag kompatibilis anyagra való fizikai alkalmazását alkalmazzák a szuszpenziós tenyészet fokozatos ülepítésével egyrétegű réteg kialakításával és az anyag behelyezésével. A megoldás hosszú ideig elegendő a sejtbehatoláshoz az anyag teljes térfogatán, valamint a 3D bioprinting használatával. Különféle módszereket javasolnak az üreges belső szervek, például a húgycső, hólyag, epevezeték, légcső szövet-manipulált megfelelőjének kialakítására.
Klinikai kutatások[ | ]
A biológiailag kompatibilis anyagokon alapuló szövet-manipulált konstrukciókat urológiai és bőrgyógyászati betegségekben szenvedő betegeken végzett klinikai vizsgálatok során tanulmányozták.
Lásd még [ | ]
Megjegyzések [ | ]
- , Fox C. F. Tissue engineering: egy műhelymunka, Granlibakkenben, Lake Tahoe-ban, Kaliforniában, 1988. február 26-29. - Alan R. Liss, 1988. - T. 107.
- Atala A., Kasper F. K., Mikos A. G. Komplex szövetek tervezése // Tudományos transzlációs medicina. - 2012. - V. 4., 160. sz. - 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. A húgycső rekonstrukciója szövetmérnöki technológiák alkalmazásával. (orosz) // Az Orosz Orvostudományi Akadémia közleménye. - 2017. - T. 72, 1. sz. - 17–25. - ISSN 2414-3545. - DOI:10.15690/vramn771.
- Baranovsky D.S., Lundup A.V., Parshin V.D. Funkcionális csillós epitélium in vitro megszerzése a légcső szövetfejlesztéséhez (orosz) // Az Orosz Orvostudományi Akadémia közleménye. - 2015. - T. 70, 5. sz. - 561–567. - ISSN 2414-3545. - DOI:10.15690/vramn.v70.i5.1442 .
- Lawrence B. J., Madihally S. V. Sejtkolonizáció lebontható 3D porózus mátrixokban // Sejtadhézió és migráció. - 2008. - 2. évf. 1. sz. - 9-16.o.
- Mironov V. et al. Szervnyomtatás: számítógéppel segített sugárhajtású 3D szövetfejlesztés //TRENDS in Biotechnology. - 2003. - T. 21. - Nem. 4. - S. 157-161. doi:
A szövettechnikát egykor a biológiai anyagok alszekciójába sorolták, de mivel terjedelme és jelentősége nőtt, önálló alszekciónak tekinthető. A szövetek megfelelő működéséhez bizonyos mechanikai és szerkezeti tulajdonságokra van szükség. A "szövetsebészet" kifejezés egyben meghatározott biokémiai funkciók teljesítményének korrekciójára is utal egy mesterségesen létrehozott támogató rendszerben (például mesterséges hasnyálmirigyben vagy mesterséges májban) lévő sejtek segítségével. A „regeneratív gyógyászat” kifejezést gyakran a szövetsebészet szinonimájaként használják, bár a regeneratív gyógyászatban nagyobb hangsúlyt fektetnek az őssejtek szövetek előállítására való felhasználására.
Langer és Vacanti szerint a szövetsebészetet tipikusan "interdiszciplináris területnek tekintik, amelyben a mérnöki és biológia alapelveit biológiai helyettesítők kifejlesztésére alkalmazzák, ami a szövetek vagy egy egész működésének helyreállítása, megőrzése vagy javítása. szerv." A szövetsebészetet úgy is határozták meg, mint "a szövetnövekedés elveinek megértését és alkalmazásukat a klinikai felhasználásra szánt funkcionális szövethelyettesítők előállítására". Egy részletesebb leírás leszögezi, hogy "A szövetsebészet alapfeltevése az, hogy a természetes biológiai rendszerek alkalmazása nagyobb sikereket tesz lehetővé a szövetek funkciójának pótlására, javítására, fenntartására és/vagy bővítésére irányuló terápiás módszerek fejlesztésében."
A sejteket folyékony szövetekből, például vérből, különféle módokon nyerhetjük ki, jellemzően centrifugálással. A sejteket a szilárd szövetekből nehezebb kinyerni. Általában a szövetet feldarabolják, majd tripszin vagy kollagenáz enzimekkel emésztik, hogy eltávolítsák a sejteket tartalmazó extracelluláris mátrixot. Ezt követően hagyjuk a sejteket szabadon lebegni, és úgy eltávolítjuk őket, mintha a folyékony szövetekből származnának. A tripszin reakciósebessége erősen hőmérsékletfüggő, és a magas hőmérséklet nagymértékben károsítja a sejteket. A kollagenáz alacsony hőmérsékletet igényel, és ezért kevesebb sejtveszteséget igényel, de a reakció tovább tart, és maga a kollagenáz drága reagens. A sejteket gyakran olyan mesterséges struktúrákba ültetik be, amelyek képesek támogatni a háromdimenziós szövetek kialakulását. Ezeket a szerkezeteket állványoknak nevezzük.
A szöveti rekonstrukció céljának eléréséhez az állványzatnak meg kell felelnie néhány speciális követelménynek. Nagy porozitás és meghatározott pórusméret, amelyek nélkülözhetetlenek a sejtek beoltásához és diffúziójához az egész szerkezetben, mind a sejtekben, mind a tápanyagokban. A biológiai lebonthatóság gyakran jelentős tényező, mivel az állványok felszívódnak a környező szövetekbe anélkül, hogy sebészeti eltávolításra lenne szükség. A bomlás sebességének a lehető legjobban meg kell egyeznie a szövetképződés sebességével: ez azt jelenti, hogy miközben az előállított sejtek létrehozzák maguk körül saját természetes mátrixszerkezetüket, már képesek megőrizni a szervezet szerkezeti integritását, és végül végül az állványzat eltörik, és egy újonnan képződött szövet marad, amely felveszi a mechanikai terhelést.
Számos állványanyagot (természetes és szintetikus, biológiailag lebomló és tartós) vizsgáltak meg. Ezen anyagok többsége az orvostudományban már a szövettechnika, mint kutatási téma előtt is ismert volt, és már alkalmazták például a varrósebészetben. Ideális tulajdonságokkal (biokompatibilitás, nem immunogenitás, átlátszóság stb.) rendelkező állványok kialakítása érdekében új anyagokat terveztek hozzájuk.
Az állványzatot természetes anyagokból is lehet építeni: elsősorban különféle extracelluláris mátrix származékokat és sejtnövekedést támogató képességüket vizsgálták. A fehérjeanyagok, például a kollagén vagy a fibrin és a poliszacharidok, mint a kitozán vagy a glükózaminoglikán (GAG), megfelelőek a kompatibilitás szempontjából, de néhány kérdés még nyitott. Az állványok funkcionális csoportjai hasznosak lehetnek kis molekulák (gyógyszerek) meghatározott szövetekbe való eljuttatásában.
szén nanocsövek
A szén nanocsövek egy vagy több tíz nanométer átmérőjű, legfeljebb több centiméter hosszúságú, egy vagy több hatszögletű grafitsíkból álló, csőbe hengerelt, rendszerint félgömb alakú fejben végződő, kiterjesztett hengeres szerkezetek, amelyek a következőképpen tekinthetők: fél fullerén molekula.
Mint ismeretes, a fullerént (C60) Smalley, Kroto és Curl csoportja fedezte fel 1985-ben, amiért ezek a kutatók 1996-ban kémiai Nobel-díjat kaptak. Ami a szén nanocsöveket illeti, itt nem adható meg pontos felfedezésük dátuma. Bár köztudott, hogy Iijima 1991-ben figyelte meg a többfalú nanocsövek szerkezetét, vannak korábbi bizonyítékok a szén nanocsövek felfedezésére. Így például 1974-1975-ben. Endo és munkatársai számos, 100 nm-nél kisebb átmérőjű, gőzkondenzációs módszerrel készült vékony csöveket ismertető dolgozatot publikáltak, de a szerkezet részletesebb vizsgálatára nem került sor.
A Szovjetunió Tudományos Akadémia Szibériai Kirendeltsége Katalízis Intézetének tudóscsoportja 1977-ben a vas-króm dehidrogénező katalizátorok karbonizációjának mikroszkóp alatt történő tanulmányozása során "üreges széndendritek" képződését regisztrálta, miközben a kialakítását javasolták és a falak szerkezetét ismertették. 1992-ben a Nature-ben megjelent egy cikk, amely szerint 1953-ban nanocsöveket figyeltek meg. Egy évvel korábban, 1952-ben Radushkevich és Lukyanovich szovjet tudósok cikke számolt be körülbelül 100 nm átmérőjű szálak elektronmikroszkópos megfigyeléséről. az oxidszén hőbomlása vaskatalizátoron. Ezeket a vizsgálatokat szintén nem folytatták.
Számos elméleti munka létezik a szén ezen allotróp formájának előrejelzésével kapcsolatban. A munkában Jones (Dedalus) vegyész a tekercselt grafitcsövekről spekulált. L. A. Chernozatonsky és egy másik, Iijima munkásságával egy évben megjelent munkájában szén nanocsöveket kaptak és leírtak, és M. Yu. Kornilov nemcsak megjósolta az egyfalú szén nanocsövek létezését 1986-ban, hanem felvetette is. nagy rugalmasságuk.
A nanocsövek szerkezete
Ideális nanocső egy hengerré hengerelt grafitsík, vagyis egy szabályos hatszögekkel bélelt felület, melynek tetején szénatomok helyezkednek el. Egy ilyen művelet eredménye a grafit síkjának a nanocső tengelyéhez viszonyított tájolási szögétől függ. A tájolási szög viszont meghatározza a nanocső kiralitását, amely meghatározza különösen annak elektromos jellemzőit.
1. ábra. Grafitsík hajtogatása (n, m) nanocső előállításához
A kiralitású nanocső (n, m) eléréséhez a grafitsíkot a szaggatott vonalak iránya mentén kell vágni, és az R vektor iránya mentén kell görgetni.
A hatszög koordinátáit jelző rendezett párt (n, m), amelynek a sík felhajtása következtében egybe kell esnie a koordináták origójában található hatszöggel, a nanocső kiralitásának nevezzük és jelöljük. A kiralitás jelölésének másik módja az α szög jelölése a nanocső hajtogatásának iránya és az irány között, amelyben a szomszédos hatszögeknek közös oldaluk van. Ebben az esetben azonban a nanocső geometriájának teljes leírásához meg kell adni az átmérőjét. Az egyrétegű nanocső kiralitási indexei (m, n) egyértelműen meghatározzák a D átmérőjét. Ennek az összefüggésnek a következő formája van:
ahol d 0 = 0,142 nm a szomszédos szénatomok távolsága a grafit síkjában.
A kiralitási indexek (m, n) és az α szög közötti összefüggést a következő képlet adja meg:
A nanocső hajtogatásának különböző lehetséges irányai között megkülönböztethetők azok, amelyeknél az (n, m) hatszög origóhoz való igazítása nem igényli szerkezetének torzulását. Ezek az irányok különösen az α = 0 (fotel konfiguráció) és α = 30° (cikcakk konfiguráció) szögeknek felelnek meg. Ezek a konfigurációk megfelelnek a kiralitásoknak (n, 0), illetve (2m, m).
Egyfalú nanocsövek
A kísérletileg megfigyelt egyfalú nanocsövek szerkezete sok tekintetben eltér a fent bemutatott idealizált képtől. Ez mindenekelőtt a nanocső csúcsaira vonatkozik, amelyek alakja a megfigyelések szerint messze nem ideális félgömb. Az egyfalú nanocsövek között különleges helyet foglalnak el az úgynevezett karosszék nanocsövek vagy kiralitású nanocsövek [10, 10]. Az ilyen típusú nanocsövekben az egyes hattagú gyűrűket alkotó C–C kötések közül kettő párhuzamosan helyezkedik el a cső hossztengelyével. Az ilyen szerkezetű nanocsöveknek tisztán fémes szerkezetűeknek kell lenniük.
Többfalú nanocsövek
A többfalú nanocsövek alakja és konfigurációja sokkal szélesebb körben különbözik az egyfalú nanocsövektől. A szerkezetek sokfélesége hossz- és keresztirányban egyaránt megnyilvánul. Az „orosz babák” típusú szerkezet koaxiálisan egymásba ágyazott hengeres csövek halmaza. Ennek a szerkezetnek egy másik típusa a beágyazott koaxiális prizmák halmaza. Végül az utolsó ilyen szerkezet egy tekercshez (tekercshez) hasonlít. Minden szerkezetre jellemző a szomszédos grafitrétegek közötti távolság értéke, amely közel van a 0,34 nm értékhez, ami a kristályos grafit szomszédos síkjai közötti távolság velejárója.
A többfalú nanocsövek egyik vagy másik szerkezetének megvalósítása egy adott kísérleti helyzetben a szintézis körülményeitől függ. A rendelkezésre álló kísérleti adatok elemzése azt mutatja, hogy a többfalú nanocsövek legjellemzőbb szerkezete egy olyan szerkezet, amelynek hosszában váltakozva helyezkednek el az „orosz baba” és „papier-mâché” típusú szakaszok. Ebben az esetben a kisebb méretű "csövek" egymás után kerülnek a nagyobb csövekbe.
Szén nanocsövek megszerzése
A szén nanocsövek (CNT) szintézisére szolgáló módszerek kidolgozása a szintézis hőmérsékletének csökkentését követte. A fullerének előállítási technológiájának megalkotása után azt találták, hogy a grafitelektródák elektromos ívpárologtatása során a fullerének képződésével együtt kiterjesztett hengeres szerkezetek képződnek. Sumio Iijima mikroszkópos volt az első, aki transzmissziós elektronmikroszkóp (TEM) segítségével azonosította ezeket a szerkezeteket nanocsövekként. A CNT-k előállítására szolgáló magas hőmérsékletű módszerek közé tartozik az elektromos ív módszer. Ha egy grafitrudat (anódot) elektromos ívben elpárologtatunk, akkor a szemközti elektródán (katódon) keményszén-lerakódás (lerakódás) képződik, amelynek lágy magjában 15–15 átmérőjű többfalú CNT-k találhatók. 20 nm és 1 μm-nél hosszabb. CNT-k képződését fullerén koromból a koromra gyakorolt magas hőmérsékletű termikus hatás hatására először az oxfordi és svájci csoport figyelte meg. Az elektromos ívszintézis berendezése fémigényes, energiaigényes, de univerzális különféle szén nanoanyagok előállítására. Ebben az esetben jelentős probléma a folyamat egyensúlyi állapota az ívégetés során. Az elektromos ív módszer egy időben a lézeres elpárologtatás (abláció) módszerét lézersugárral váltotta fel. Az ablációs egység egy hagyományos rezisztív fűtésű kemence, amely 1200 C hőmérsékletet biztosít. Magasabb hőmérséklet eléréséhez elegendő egy széncélpontot a kemencébe helyezni, és lézersugarat irányítani rá, felváltva pásztázva a célpont teljes felületét.
Így Smalley csoportja drága berendezésekkel, rövid impulzusú lézerrel 1995-ben nanocsövekhez jutott, „jelentősen leegyszerűsítve” a szintézis technológiáját. A CNT-k hozama azonban alacsony maradt. A kis mennyiségű nikkel és kobalt grafitba való bevitele lehetővé tette a CNT-k hozamának 70-90%-os növelését. Ettől a pillanattól kezdve új szakasz kezdődött a nanocsövek kialakulásának mechanizmusának koncepciójában. Nyilvánvalóvá vált, hogy a fém növekedési katalizátor. Így jelentek meg az első munkák a nanocsövek alacsony hőmérsékletű eljárással történő előállításával kapcsolatban - a szénhidrogének katalitikus pirolízisének (CVD) módszerével, ahol a vascsoport fémrészecskéit használták katalizátorként. A nanocsövek és nanoszálak CVD-módszerrel történő előállítására szolgáló telepítés egyik lehetősége egy reaktor, amelybe inert vivőgázt vezetnek, amely a katalizátort és a szénhidrogént a magas hőmérsékletű zónába szállítja. Leegyszerűsítve a CNT növekedési mechanizmusa a következő. A szénhidrogén hőbomlása során keletkező szén feloldódik a fém nanorészecskében.
Amikor a részecske-katalizátor egyik felületén a részecskében magas szénkoncentrációt érünk el, a felesleges szén energetikailag kedvező "elszigetelése" következik be egy torz félfullerén kupak formájában. Így születik egy nanocső. A lebomlott szén továbbra is bejut a katalizátorrészecskébe, és ahhoz, hogy koncentrációjának feleslegét az olvadékban felszabaduljon, folyamatosan ártalmatlanítani kell. Az olvadék felszínéről felszálló félgömb (szemifullerén) magával viszi az oldott szénfelesleget, amelynek az olvadékon kívüli atomjai C-C kötést alkotnak, amely egy hengeres váz-nanocső. Egy nanoméretű részecske olvadási hőmérséklete a sugarától függ. Minél kisebb a sugár, annál alacsonyabb az olvadáspont. Ezért a körülbelül 10 nm méretű vas nanorészecskék olvadt állapotban vannak 600 C alatt. Jelenleg a CNT-k alacsony hőmérsékletű szintézisét az acetilén katalitikus pirolízisének módszerével, Fe-részecskék jelenlétében, 55 °C-on végzik. A szintézis hőmérsékletének csökkentése negatív következményekkel is jár. Alacsonyabb hőmérsékleten nagy átmérőjű (kb. 100 nm) és erősen hibás "bambusz" szerkezetű CNT-ket vagy egymásba ágyazott nanokúpokat kapnak. A keletkező anyagok csak szénből állnak, de meg sem közelítik a lézeres ablációval vagy elektromos ívszintézissel nyert egyfalú szén nanocsövekben megfigyelhető rendkívüli jellemzőket (például Young-modulus).
1. Bemutatkozás
1.1 Háttér
1.2 Sejtkivonás
2. Állványzat
2.1 Állványanyagok
2.2 Szén nanocsövek
2.2.1 Felfedezéstörténet
2.2.2 Nanocső szerkezet
2.2.3 Egyfalú nanocsövek
2.2.4 Többfalú nanocsövek
2.2.5 Szén nanocsövek előállítása
3. Hivatkozások
1. Bemutatkozás
A szövettechnikát egykor a biológiai anyagok alszekciójába sorolták, de mivel terjedelme és jelentősége nőtt, önálló alszekciónak tekinthető.
A szövetek megfelelő működéséhez bizonyos mechanikai és szerkezeti tulajdonságokra van szükség. A "szövetsebészet" kifejezés egyben meghatározott biokémiai funkciók teljesítményének korrekciójára is utal egy mesterségesen létrehozott támogató rendszerben (például mesterséges hasnyálmirigyben vagy mesterséges májban) lévő sejtek segítségével. A „regeneratív gyógyászat” kifejezést gyakran a szövetsebészet szinonimájaként használják, bár a regeneratív gyógyászatban nagyobb hangsúlyt fektetnek az őssejtek szövetek előállítására való felhasználására.
sejt nanocső szövettechnológia
1.1 Előzetes információ
Langer és Vacanti szerint a szövetsebészetet tipikusan "interdiszciplináris területnek tekintik, amelyben a mérnöki és biológia alapelveit biológiai helyettesítők kifejlesztésére alkalmazzák, ami a szövetek vagy egy egész működésének helyreállítása, megőrzése vagy javítása. szerv." A szövetsebészetet úgy is határozták meg, mint "a szövetnövekedés elveinek megértését és alkalmazásukat a klinikai felhasználásra szánt funkcionális szövethelyettesítők előállítására". Egy részletesebb leírás leszögezi, hogy "A szövetsebészet alapfeltevése az, hogy a természetes biológiai rendszerek alkalmazása nagyobb sikereket tesz lehetővé a szövetek funkciójának pótlására, javítására, fenntartására és/vagy bővítésére irányuló terápiás módszerek fejlesztésében."
1.2 Bányászati sejteket
A sejteket folyékony szövetekből, például vérből, különféle módon lehet nyerni, általában centrifugálással?. A sejteket a szilárd szövetekből nehezebb kinyerni. Általában a szövetet feldarabolják, majd tripszin vagy kollagenáz enzimekkel emésztik, hogy eltávolítsák a sejteket tartalmazó extracelluláris mátrixot. Ezt követően hagyjuk a sejteket szabadon lebegni, és úgy eltávolítjuk őket, mintha a folyékony szövetekből származnának. A tripszin reakciósebessége erősen hőmérsékletfüggő, és a magas hőmérséklet nagymértékben károsítja a sejteket. A kollagenáz alacsony hőmérsékletet igényel, és ezért kevesebb sejtveszteséget igényel, de a reakció tovább tart, és maga a kollagenáz drága reagens.
2. Állványzat
A sejteket gyakran olyan mesterséges struktúrákba ültetik be, amelyek képesek támogatni a háromdimenziós szövetek kialakulását. Ezeket a szerkezeteket állványoknak nevezzük.
2.1 anyagokat állványozáshoz
A szöveti rekonstrukció céljának eléréséhez az állványzatnak meg kell felelnie néhány speciális követelménynek. Nagy porozitás és meghatározott pórusméret, amelyek nélkülözhetetlenek a sejtek beoltásához és diffúziójához az egész szerkezetben, mind a sejtekben, mind a tápanyagokban. A biológiai lebonthatóság gyakran jelentős tényező, mivel az állványok felszívódnak a környező szövetekbe anélkül, hogy sebészeti eltávolításra lenne szükség. A bomlás sebességének a lehető legjobban meg kell egyeznie a szövetképződés sebességével: ez azt jelenti, hogy miközben az előállított sejtek létrehozzák maguk körül saját természetes mátrixszerkezetüket, már képesek megőrizni a szervezet szerkezeti integritását, és végül végül az állványzat eltörik, és egy újonnan képződött szövet marad, amely felveszi a mechanikai terhelést.
Számos állványanyagot (természetes és szintetikus, biológiailag lebomló és tartós) vizsgáltak meg. Ezen anyagok többsége az orvostudományban már a szövettechnika, mint kutatási téma előtt is ismert volt, és már alkalmazták például a varrósebészetben.
Ideális tulajdonságokkal (biokompatibilitás, nem immunogenitás, átlátszóság stb.) rendelkező állványok kialakítása érdekében új anyagokat terveztek hozzájuk.
Az állványzatot természetes anyagokból is lehet építeni: elsősorban különféle extracelluláris mátrix származékokat és sejtnövekedést támogató képességüket vizsgálták. A fehérjeanyagok, például a kollagén vagy a fibrin és a poliszacharidok, mint a kitozán vagy a glükózaminoglikán (GAG), megfelelőek a kompatibilitás szempontjából, de néhány kérdés még nyitott. Az állványok funkcionális csoportjai hasznosak lehetnek kis molekulák (gyógyszerek) meghatározott szövetekbe való eljuttatásában.
2.2 szén nanocsövek
A szén nanocsövek egy vagy több tíz nanométer átmérőjű, legfeljebb több centiméter hosszúságú kiterjesztett hengeres szerkezetek, amelyek egy vagy több hatszögletű, csőbe tekert grafitsíkból állnak, és általában egy félgömb alakú fejben végződnek. fél fullerén molekula.
2.2.1 Felfedezéstörténet
Mint ismeretes, a fullerén (C 60) Smalley, Kroto és Curl csoportja fedezte fel 1985-ben, amiért ezek a kutatók 1996-ban kémiai Nobel-díjat kaptak. Ami a szén nanocsöveket illeti, itt nem adható meg pontos felfedezésük dátuma. Bár köztudott, hogy Iijima 1991-ben figyelte meg a többfalú nanocsövek szerkezetét, vannak korábbi bizonyítékok a szén nanocsövek felfedezésére. Így például 1974-1975-ben. Endo és munkatársai számos, 100 nm-nél kisebb átmérőjű, gőzkondenzációs módszerrel készült vékony csöveket ismertető dolgozatot publikáltak, de a szerkezet részletesebb vizsgálatára nem került sor. A Szovjetunió Tudományos Akadémia Szibériai Kirendeltsége Katalízis Intézetének tudóscsoportja 1977-ben a vas-króm dehidrogénező katalizátorok karbonizációjának mikroszkóp alatt történő tanulmányozása során "üreges széndendritek" képződését regisztrálta, miközben a kialakítását javasolták és a falak szerkezetét ismertették. 1992-ben a Nature-ben megjelent egy cikk, amely szerint 1953-ban nanocsöveket figyeltek meg. Egy évvel korábban, 1952-ben Radushkevich és Lukyanovich szovjet tudósok cikke számolt be körülbelül 100 nm átmérőjű szálak elektronmikroszkópos megfigyeléséről. az oxidszén hőbomlása vaskatalizátoron. Ezeket a vizsgálatokat szintén nem folytatták.
Számos elméleti munka létezik a szén ezen allotróp formájának előrejelzésével kapcsolatban. A munkában Jones (Dedalus) vegyész a tekercselt grafitcsövekről spekulált. L. A. Chernozatonsky és egy másik, Iijima munkásságával egy évben megjelent munkájában szén nanocsöveket kaptak és leírtak, és M. Yu. Kornilov nemcsak megjósolta az egyfalú szén nanocsövek létezését 1986-ban, hanem felvetette is. nagy rugalmasságuk.
2.2.2 Nanocső szerkezet
Feltéve: http://www.website/
Ideális nanocső egy hengerré hengerelt grafitsík, vagyis egy szabályos hatszögekkel bélelt felület, melynek tetején szénatomok helyezkednek el. Egy ilyen művelet eredménye a grafit síkjának a nanocső tengelyéhez viszonyított tájolási szögétől függ. Tájolási szög, s-ban
Viszont beállítja a nanocső kiralitását, amely meghatározza különösen annak elektromos jellemzőit.
A hatszög koordinátáit jelző rendezett párt (n, m), amelynek a sík felhajtása következtében egybe kell esnie a koordináták origójában található hatszöggel, a nanocső kiralitásának nevezzük és jelöljük.
A kiralitás jelölésének másik módja a nanocső hajtogatásának iránya és a szomszédos hatszögek közös oldala közötti 6 szög jelölése. Ebben az esetben azonban a nanocső geometriájának teljes leírásához meg kell adni az átmérőjét. Az egyrétegű nanocső kiralitási indexei (m, n) egyértelműen meghatározzák a D átmérőjét. Ennek az összefüggésnek a következő formája van:
ahol d 0 = 0,142 nm a szomszédos szénatomok távolsága a grafit síkjában.
A kiralitási indexek (m, n) és a b szög közötti kapcsolatot az összefüggés adja meg
A nanocső hajtogatásának különböző lehetséges irányai között megkülönböztethetők azok, amelyeknél az (n, m) hatszög origóhoz való igazítása nem igényli szerkezetének torzulását. Ezek az irányok különösen a b = 0 (fotel konfiguráció) és b = 30° (cikcakk konfiguráció) szögeknek felelnek meg. Ezek a konfigurációk megfelelnek a kiralitásoknak (n, 0), illetve (2m, m).
2.2.3 Egyfalú nanocsövek
Szerkezet A kísérletileg megfigyelt egyfalú nanocsövek sok tekintetben eltérnek a fent bemutatott idealizált képtől. Ez mindenekelőtt a nanocső csúcsaira vonatkozik, amelyek alakja a megfigyelések szerint messze nem ideális félgömb.
Az egyfalú nanocsövek között különleges helyet foglalnak el az úgynevezett karosszék nanocsövek vagy kiralitású nanocsövek [10, 10]. Az ilyen típusú nanocsövekben az egyes hattagú gyűrűket alkotó C-C kötések közül kettő párhuzamosan helyezkedik el a cső hossztengelyével. Az ilyen szerkezetű nanocsöveknek tisztán fémes szerkezetűeknek kell lenniük.
2.2.4 Többfalú nanocsövek
Többfalú A (többfalú) nanocsövek sokkal szélesebb formájukban és konfigurációjukban különböznek az egyfalúaktól. A szerkezetek sokfélesége hossz- és keresztirányban egyaránt megnyilvánul.
Az „orosz babák” típusú szerkezet koaxiálisan egymásba ágyazott hengeres csövek halmaza. Ennek a szerkezetnek egy másik típusa a beágyazott koaxiális prizmák halmaza. Végül az utolsó ilyen szerkezet egy tekercshez (tekercshez) hasonlít. Minden szerkezetre jellemző a szomszédos grafitrétegek közötti távolság értéke, amely közel van a 0,34 nm értékhez, ami a kristályos grafit szomszédos síkjai közötti távolság velejárója.
A többfalú nanocsövek egyik vagy másik szerkezetének megvalósítása egy adott kísérleti helyzetben a szintézis körülményeitől függ. A rendelkezésre álló kísérleti adatok elemzése azt mutatja, hogy a többfalú nanocsövek legjellemzőbb szerkezete egy olyan szerkezet, amelynek hosszában váltakozva helyezkednek el az „orosz baba” és „papier-mâché” típusú szakaszok. Ebben az esetben a kisebb méretű "csövek" egymás után kerülnek a nagyobb csövekbe.
2.2.5 Szén nanocsövek előállítása
Fejlődés A szén nanocsövek (CNT) szintézisének módszerei a szintézis hőmérsékletének csökkentését követték. A fullerének előállítási technológiájának megalkotása után azt találták, hogy a grafitelektródák elektromos ívpárologtatása során a fullerének képződésével együtt kiterjesztett hengeres szerkezetek képződnek. Sumio Iijima mikroszkópos volt az első, aki transzmissziós elektronmikroszkóp (TEM) segítségével azonosította ezeket a szerkezeteket nanocsövekként. A CNT-k előállítására szolgáló magas hőmérsékletű módszerek közé tartozik az elektromos ív módszer. Ha egy grafitrudat (anódot) elektromos ívben elpárologtatunk, akkor a szemközti elektródán (katódon) keményszén-lerakódás (lerakódás) képződik, amelynek lágy magjában 15–15 átmérőjű többfalú CNT-k találhatók. 20 nm és 1 μm-nél hosszabb. CNT-k képződését fullerén koromból a koromra gyakorolt magas hőmérsékletű termikus hatás hatására először az oxfordi és svájci csoport figyelte meg. Az elektromos ívszintézis berendezése fémigényes, energiaigényes, de univerzális különféle szén nanoanyagok előállítására. Ebben az esetben jelentős probléma a folyamat egyensúlyi állapota az ívégetés során. Az elektromos ív módszer egy időben a lézeres elpárologtatás (abláció) módszerét lézersugárral váltotta fel. Az ablációs egység egy hagyományos rezisztív fűtésű kemence, amely 1200 C hőmérsékletet biztosít. Magasabb hőmérséklet eléréséhez elegendő egy széncélpontot a kemencébe helyezni, és lézersugarat irányítani rá, felváltva pásztázva a célpont teljes felületét.
Hogy. Smalley csoportja drága berendezéssel, rövid impulzusú lézerrel 1995-ben nanocsövekhez jutott, „jelentősen leegyszerűsítve” a szintézis technológiáját. A CNT-k hozama azonban alacsony maradt. A kis mennyiségű nikkel és kobalt grafitba való bevitele lehetővé tette a CNT-k hozamának 70-90%-os növelését. Ettől a pillanattól kezdve új szakasz kezdődött a nanocsövek kialakulásának mechanizmusának koncepciójában. Nyilvánvalóvá vált, hogy a fém növekedési katalizátor. Így jelentek meg az első munkák a nanocsövek alacsony hőmérsékletű eljárással történő előállításával kapcsolatban - a szénhidrogének katalitikus pirolízisének (CVD) módszerével, ahol a vascsoport fémrészecskéit használták katalizátorként. A nanocsövek és nanoszálak CVD-módszerrel történő előállítására szolgáló telepítés egyik lehetősége egy reaktor, amelybe inert vivőgázt vezetnek, amely a katalizátort és a szénhidrogént a magas hőmérsékletű zónába szállítja. Leegyszerűsítve a CNT növekedési mechanizmusa a következő. A szénhidrogén hőbomlása során keletkező szén feloldódik a fém nanorészecskében.
Amikor a részecske-katalizátor egyik felületén a részecskében magas szénkoncentrációt érünk el, a felesleges szén energetikailag kedvező "elszigetelése" következik be egy torz félfullerén kupak formájában. Így születik egy nanocső. A lebomlott szén továbbra is bejut a katalizátorrészecskébe, és ahhoz, hogy koncentrációjának feleslegét az olvadékban felszabaduljon, folyamatosan ártalmatlanítani kell. Az olvadék felszínéről felszálló félgömb (félfullerén) magával viszi az oldott szénfelesleget, melynek az olvadékon kívüli atomjai C-C kötést alkotnak, amely egy hengeres keret-nanocső. Egy nanoméretű részecske olvadási hőmérséklete a sugarától függ. Minél kisebb a sugár, annál alacsonyabb az olvadáspont. Ezért a körülbelül 10 nm méretű vas nanorészecskék olvadt állapotban vannak 600 C alatt. Jelenleg a CNT-k alacsony hőmérsékletű szintézisét az acetilén katalitikus pirolízisének módszerével, Fe-részecskék jelenlétében, 55 °C-on végzik. A szintézis hőmérsékletének csökkentése negatív következményekkel is jár. Alacsonyabb hőmérsékleten nagy átmérőjű (kb. 100 nm) és erősen hibás "bambusz" szerkezetű CNT-ket vagy egymásba ágyazott nanokúpokat kapnak. A keletkező anyagok csak szénből állnak, de meg sem közelítik a lézeres ablációval vagy elektromos ívszintézissel nyert egyfalú szén nanocsövekben megfigyelhető rendkívüli jellemzőket (például Young-modulus).
3. Bibliográfia
Langer, Vacanti JP (1993. május). "Tissue Engineering". Nauka 260 (5110): 920 6. DOI: 10.1126/tudomány.8493529. PMID 8493529.
B MacArthur BD, Oreffo RO (2005. január). "A szakadék áthidalása". Nature 433 (7021): 19. DOI: 10.1038/433019a. PMID 15635390.
Hasonló dokumentumok
A biotechnológia fogalma, lényege, előfordulásának története. A biotechnológia főbb irányai és módszerei. Genetikai és sejttechnológia. "Három hullám" a genetikailag módosított növények létrehozásában. transzgenikus állatok. Az enzimek és sejtek immobilizálásának módszerei.
absztrakt, hozzáadva: 2013.11.01
A sejttervezés, mint új sejtek felépítésére használt módszerek összessége, fejlődésének története. Protoplasztok izolálási módszerei. A protoplasztok tenyésztési módszereinek leírása: folyékony cseppek és bevonat módszere. szomatikus hibridizáció.
bemutató, hozzáadva 2014.02.28
A természetben nem létező sejtek felhasználása biotechnológiai folyamatokban. A gének sejtekből történő izolálása, a velük való manipuláció, más élőlényekbe való bejuttatás a géntechnológia feladatainak középpontjában áll. A géntechnológia története. A GMO-kat tartalmazó termékek problémái.
bemutató, hozzáadva 2014.02.21
A mesterséges fotoszintézis, mint új energiaforrás. Mesterséges fotoszintézis szuperszámítógépben. A fotoszintézis javítása nanotechnológiákkal. Szuper betakarítás biztosítása a fotoszintézis folyamatának felgyorsításával. Szén nanocsövek beépülése kloroplasztiszba.
bemutató, hozzáadva: 2014.11.11
A sejtek kémiai összetétele, az intracelluláris szerkezetek funkciói, a sejtek funkciói az állatok és növények szervezetében, a sejtek szaporodása és fejlődése, a sejtek alkalmazkodása a környezeti feltételekhez. A sejtelmélet rendelkezései M. Schleiden és T. Schwann szerint.
bemutató, hozzáadva 2013.12.17
Mikroorganizmusokon, sejtkultúrákon, szöveteken és ezek részein alapuló biológiai folyamatok ipari felhasználása. A biotechnológia kialakulásának története és kialakulásának szakaszai. Főbb irányok, feladatok és módszerek: klónozás, gén- és sejtsebészet.
bemutató, hozzáadva 2016.10.22
A molekuláris biotechnológia megjelenése. A biológiai kód probléma története. Szomatikus sejt génterápiás politika. A hibás gének felhalmozódása a következő generációkban. Génterápia csíravonal sejtekhez. Genetika és az ember problémája.
absztrakt, hozzáadva: 2014.09.25
Emberi és állati szomatikus sejtek mesterséges táptalajokon való tenyésztésének módszerei, mint a sejtsejttechnika fejlődésének előfeltétele. A szomatikus hibridizáció szakaszai. Genetikai anyag átadása. A transzgénikus növények eredete.
absztrakt, hozzáadva: 2010.01.23
A biotechnológia alapvető módszerei. Az ember számára érdekes tulajdonságokkal rendelkező szervezetek szaporodása sejttenyésztési módszerrel. A géntechnológiai módszerek alkalmazásának jellemzői. A klónozási módszer kilátásai. Technikai nehézségek a módszerek alkalmazásában.
bemutató, hozzáadva: 2013.12.04
A serlegsejtek fő funkciói a gerincesek és az ember bélnyálkahártyájának és más szerveinek hámsejtjeiként. A sejtek alakja és lokalizációjuk jellemzői. Serlegsejt titka. A serlegsejtek részvétele a nyálkakiválasztásban.
A jövőben, ahogy a tudományos-fantasztikus írók mondják, egy betegség gyógyításához elegendő egy olyan gyógyszertárba menni, amely úgy néz ki, mint egy raktár alkatrészeivel. És válassza ki a megfelelő polcot. Itt vannak tartalék szemek, itt egy máj, vese, és ebben a dobozban különböző méretű karok és lábak... A hollywoodi látnokok sem maradnak el az írók mögött, ők is olajat öntenek ennek a témának a tüzére: látványosan növekvő új karok és a szuperhősök lábai lenyűgözőek. De az életben persze minden sokkal prózaibb, mint a képernyőn. Bár már van néhány előfeltétele annak, hogy az ember a közeljövőben „felpróbálja” a biomesterséges szerveket.
A szövetmérnökség, az orvostudomány és a biológia gyorsan növekvő ága a szó szoros értelmében életre kelti a sci-fit. Az élő szövetek szerkezetét vizsgáló e területen dolgozó szakemberek laboratóriumi körülmények között próbálják meg termeszteni azokat, hogy aztán a mesterségesen létrehozott szövetet átültetésre használják fel. Az ilyen "gyártás" nagyon komoly távlatokat nyit meg. Csak gondolni kell: a beteg (sérült, rokkant) gyorsan felépül, kimeríthetetlen forrást kap a sérült szervek pótlására. Hiszen az urbanizáció modern üteme és a technikai eszközök fejlődése, furcsa módon, egyre nagyobb veszélyeknek és betegségeknek, a különféle katasztrófák mindenféle sérülésének teszi ki a Föld lakóit, így a szövetmérnökök feladata valóban széleskörű – a csontok, porcok és szervek növekedése a sérültek pótlására.
Az orvostudomány minden ágához hasonlóan a szövetsebészetnek is megvan a maga terminológiája és módszertani megközelítése. Bármilyen "szövetsebészeti" eljárás a kezdeti sejtanyag megszerzésével kezdődik – ez az első lépés. Általános szabály, hogy ehhez biopsziát végeznek, azaz a kívánt típusú sejteket veszik a bioműves szövetre szoruló páciensből. Azonban nem minden sejt képes elég intenzíven szaporodni mesterséges környezetben. Ezért egy másik megközelítés a differenciálatlan progenitor sejtek, az úgynevezett őssejtek kiválasztása, amelyek már a laboratóriumban érnek és specializálódnak. Ez határozza meg a szövetsebészet és az őssejtkutatás kapcsolatát. Az orvosbiológiai kutatások e két területét azonban nem szabad azonosítani – a szövetmérnökök már jóval azelőtt dolgoztak projektjeiken, hogy az „őssejt” kifejezés a nagyközönség számára ismertté vált volna.
A második lépés az így létrejövő sejtek laboratóriumi körülmények közötti (in vitro) tenyésztése, számuk többszörös növelése érdekében. Ebben az esetben differenciálatlan (ős)sejtek alkalmazása esetén olyan speciális környezetbe kerülnek, amely indukálja átalakulásukat szigorúan meghatározott típusú sejtekké. Ahhoz, hogy megértsük, milyen nehéz ez, elég azt mondani, hogy a szervezetben több mint 200 fajta sejt található. A kívánt eredmény elérése érdekében a termesztést speciális bioreaktorokban végzik. Nemcsak a gázelegy összetételét és a tápközegben lévő anyagok halmazát szimulálják, hanem fenntartják a sejtek és szövetek fejlődéséhez szükséges fizikai paramétereket - megvilágítást, folyadék áramlását vagy pulzálását, gravitációt stb.
De az élő szövetek növekedéséhez nem elég csak a megfelelő sejteket beszerezni, az is szükséges, hogy azok megfelelően legyenek rendezve a térben. Ezért a következő lépés egy háromdimenziós állvány kialakítása - a kívánt szövet hordozója, amelyen a szervezetbe történő átültetés után normálisan fejlődhetnek és elláthatják funkcióikat.
Végül mindezen összetett manipulációk eredményeként megjelenik egy kész bioműszöveti megfelelője - egy graft, majd jön az utolsó szakasz - beültetése a páciens testébe (graft). A páciens saját sejtjeinek felhasználása graft készítéséhez a szövetsebészet egyik alapelve. Az autocellák szedésével az orvosok elkerülik az immunológiai problémákat - az átültetett anyag kilökődését, ami miatt a műtét sikeres kimenetelének esélye drámaian megnő.
A szövetsebészet eredeténél
Éva Ádám bordájából való megalkotását leszámítva a sejtek és szövetek termesztése a 19. század végén kezdődött. 1885-ben Wilhelm Roux német embriológus mesterséges körülmények között több napig meg tudta őrizni egy csirkeembrió töredékének életképességét. Igazi sikert azonban a testen kívüli szövetek tenyésztésében csak R. Harrison 1907-es kísérletei után értek el: az alvadt vér vagy nyirok felhasználását javasolta szövetfejlesztési táptalajként laboratóriumi üvegedényekben - in vitro.
Ez a módszer 1913-ban került Oroszországba, amikor a Császári Katonai Orvosi Akadémia alkalmazottja P.P. Avrorov és kollégája, A.D. Timofejevszkij egy ideig képes volt leukémiás vérsejteket növeszteni. Egy évvel később pedig a nagy orosz hisztológus, Alekszandr Alekszandrovics Makszimov, ugyanezen akadémia professzora kezdett érdeklődni e probléma iránt, aki ezzel a módszerrel nemcsak a vérképzés unitárius elméletét erősítette meg, vagyis bebizonyította, hogy minden vérsejt közös prekurzor - egy őssejt, hanem megalapozta a további fejlesztéseket a testen kívüli szövetkultúra területén. Eredményei alapján több száz tanulmányt végeztek a kötőszövetek és vérsejtek növekedésével kapcsolatban, a csontszövet szövetmérnöki megfelelőit létrehozva. E tanulmányok elsőbbségét világszerte elismerik.
A szövetsebészet igazi korszaka, sőt az orvostudomány önálló ágaként való szétválása C. Vacanti merész munkájával kezdődött az élő sejtek és azok mesterséges hordozóinak laboratóriumi kombinálásán, amelyre a múlt század 80-as éveiben vállalkozott. . Ma már talán egyetlen emberi szerv sem maradt, amelynek fejlesztését, regenerálódását a szövetmérnökök ne próbálnák „megszelídíteni”.
Szövet alap
A mesterséges szövetek fejlesztéséhez szükséges hordozó kiválasztása a szövetsebészet egyik legsúlyosabb problémája. Anyagának biztonságosnak kell lennie mind a rajta élő sejtek, mind a test egésze számára, ahová a bioműszövetet ezután átültetik. Ideális esetben az anyagot idővel teljesen felváltja a testszövet. Ugyanakkor az erre a szövettípusra jellemző egyedi háromdimenziós szerveződéssel kell rendelkeznie, amely reprodukálná az élő szövet extracelluláris mátrixának szerkezetét. Például az üreges csőszerű szervek újbóli létrehozásához hasonló szervek (belek, légcső, húgyvezeték és hólyag) részeit használják, amelyek nem tartalmaznak életképes sejteket nagy állatokból. De más, legkülönfélébb és néha egészen váratlan anyagok is használhatók ilyen hordozóként.
A legegyszerűbb módszer (ha persze itt az egyszerűségről illik beszélni) a bioműcsontok létrehozása volt. A csontvelői stroma őssejtek, amelyekből különböző szövetek sejtjei fejlődhetnek, valamint az eltérő eredetű oszteogén (csontszövet kialakítására képes) sejtek a jövőbeli csontok sejtforrásaként szolgálnak. A fantázia igazi terepe jelenik meg, amikor hordozót választanak számukra. Különböző típusú kollagéneket, üvegkerámia anyagokat, sőt korallokat is használnak. Jó alapot képeznek az ember és állat élettelen (hullott) csontjai, valamint összetett szintetikus szerkezetek, amelyek bizonyos időn belül feloldódnak a szervezetben. Az utóbbi esetben a fő probléma az oszteogenezis folyamatának szinkronizálása, vagyis a csontszövet kialakulása a hiányosság területén és a bevezetett mesterséges szerkezet feloldódása. Eddig több ezer sebészeti beavatkozást hajtottak végre szerte a világon szövet-manipulált csontszövet-ekvivalensek felhasználásával.
Az ízületi porc sejtes és szöveti rekonstrukciója nagy igény az orvosi szolgáltatások piacán. A porc egy speciális szövet, amely természetes körülmények között nem regenerálódik. Egyes szakértői becslések szerint csak az Egyesült Államokban ezeknek a termékeknek a piaca több száz millió dollár lehet évente.
A szövetmérnökök nem hagyták figyelmen kívül a bőrt, az emberi test legnagyobb szervét. Egy felnőtt férfi bőrének teljes területe eléri a 2,5 m 2 -t, súlya 15-20 kg (beleértve a bőr alatti szövetet is). A bőr meglehetősen összetett és számos létfontosságú funkciót lát el, ezért kiterjedt károsodásával a helyi rendellenességek mellett általános kóros megnyilvánulások is megfigyelhetők, esetenként a beteg életét veszélyeztetve. Súlyos égési sérülések és hosszan tartó, nem gyógyuló fekélyek esetén a bőr önmagában nem tudja visszaállítani épségét. Szakemberek jönnek a segítségre, akiknek már nemcsak laboratóriumi prototípusaik vannak, hanem kereskedelmi forgalomban kapható bioműbőr-minták is. A világon már ezrek vették igénybe az orvosi szolgáltatások piacán hasonló szövetkészítményeket kínáló cégek szolgáltatásait.De a legfantasztikusabb eredményeket a szövetmérnökök érték el a gyermek gyakorlatában. A növekvő szervezet különleges követelményeket támaszt a szöveti struktúrák létrehozásával szemben – elvégre ezeknek együtt kell növekedniük a gyermek testével. Így a közelmúltban német tudósok létrehoztak egy szövet-manipulált szívbillentyűt. Egy felnőtt sertés szívbillentyűjét vettük alapul az érfal (endothel) sejtjeinek. A gyermek köldökzsinórvérsejtjei pedig a sejtanyag forrásává váltak. Egyébként a közelmúltig a köldökzsinórvért a szülés során a méhlepénnyel együtt kidobták, mostanra azonban egyre több bizonyíték utal arra, hogy ezeknek a sejteknek a hemabankokban való megőrzése bizonyos esetekben esélyt adhat az ember életének megmentésére.
műpofa
Nem is olyan régen egy német szakembercsoport Kiel városából Patrick Warnke vezetésével számolt be az alsó állkapocs sikeres rekonstrukciójáról, amelyet egy daganatos elváltozás miatt szinte teljesen eltávolítottak. Kezdetben az orvosoknak egy titán állkapocsvázat kellett létrehozniuk, amelyet csontmátrixszal, a páciens csontvelőjével és csontnövekedési faktorokkal töltöttek meg. Egy ekkora töredéket azonban nem lehetett azonnal a károsodás területére helyezni, mert a saját érhálózatuktól megfosztott csontvelősejtek, köztük az őssejtek nemhogy nem differenciálódnak oszteoblasztokká (csontszövetet termelő sejtek), hanem az oxigén éhségtől és a tápanyaghiánytól is meghalna. Ezért a kapott mintát a hát izmaiba vezették be. Ez azért történt, hogy az intenzíven vérrel ellátott izmok vastagságában maguk az erek nőjenek a „biológiai protézis” vastagságába. Amikor ez megtörtént, a szerkezetet eltávolították és a megfelelő helyére ültették át, előzetesen mikrosebészeti úton összekapcsolva az alsó állkapocs ereit és a bioprotézist.
Évről évre egyre több ilyen vagy hasonló műveletet hajtanak végre. Nemcsak az elveszett szerv működésének helyreállítását teszik lehetővé, hanem esztétikai kozmetikai hatást is biztosítanak.
Hajók – szövetek!
A szövetmérnökök fantáziáját korlátozza, hogy a megfelelő vérellátás és beidegzés (a központi idegrendszerrel való kapcsolat) hiánya miatt nem lehet viszonylag nagy struktúrákat létrehozni. A mesterséges környezetből eltávolított szöveti struktúrákat az elhalálozás veszélye fenyegeti, mivel nem rendelkeznek erekkel, és a beteg szervezetében nem lesznek megfelelően ellátva tápanyagokkal. Ez a probléma részben megoldható az előregyártás módszerével - a laboratóriumban létrehozott szövet-manipulált szerkezet ideiglenes elhelyezésével a bőr alá vagy az izmok közé. Egy idő után, amikor az erek a graft teljes térfogatán keresztül nőnek, az erek megőrzésével izolálják és átkerülnek a sérült területre. Ez a megközelítés azonban azzal jár, hogy további műtéti traumát okoznak a páciensnek, így a szövetmérnökök egy zseniális megoldást találtak: biomesterséges szövetek – biomesterséges erek! Az első munkákat belülről endotéliummal bélelt polimer mikrotubulusokkal végeztük. Az ilyen csövek behatolnak a laboratóriumban létrehozott szövet teljes vastagságába. A polimer fokozatosan feloldódik, és nem zavarja a gázok és tápanyagok cseréjét a vér és a sejtek között.
Ma már szinte semmi sem korlátozza a szövetmérnökök képességeit. Nemcsak laboratóriumi prototípusokat hoztak létre, hanem az emlőmirigy mellbimbóinak, a biomesterséges hólyagnak és az uretereknek a szövetmérnöki megfelelőit is alkalmazták a klinikai gyakorlatban. Meghatározzák a tüdő, a máj, a légcső, a bélszakaszok, sőt a pénisz barlangos testeinek létrehozásának módszeres megközelítéseit.
A parenchimális szervek - a máj, a tüdő és mások - felépítése különösen nehéz, mivel bennük minden sejt kényes kapcsolatban van, és szigorúan el kell foglalnia a megfelelő helyet a háromdimenziós térben. Itt váratlan pozitív eredmények jelentkeztek, amikor a sejteket szuszpenzióban növesztettük - anélkül, hogy a felülethez kötődtek volna. A Colin McGuckin professzor vezette kutatócsoport a Newcastle-i Egyetemről (Egyesült Királyság) egy forgó bioreaktort használt, amelyet 10 évvel ezelőtt kifejezetten a Nemzetközi Űrállomás számára terveztek. Lehetővé teszi a súlytalanság és a mikrogravitáció körülményeinek szimulálását a Földön. Kiderült, hogy amikor köldökzsinórvér őssejteket tenyésztenek benne, nemcsak funkcionálisan aktív májsejtekké való átalakulásuk érhető el, hanem organogenezis is - a májszövet analógjának kialakulása a benne rejlő funkciókkal.
Nem kevésbé meglepő eredményeket értek el a sejttenyészetek fém nanorészecskékkel való telítésének kísérletei liposzómák segítségével, amelyek szabadon áthatolnak a sejtmembránon. Az ilyen struktúrák jelenléte a sejten belül gyakorlatilag nincs hatással rá. A tudósok azonban lehetőséget kapnak arra, hogy szabályozzák a sejtek növekedését azáltal, hogy különböző irányú mágneses mezőkkel hatnak rájuk. Ily módon nemcsak a máj szerkezetének analógjait lehetett létrehozni, hanem olyan összetett struktúrákat is, mint a retina elemei. A szövetmérnöki szem fejlődése még nagyon korai stádiumban van, de már sikerült megszerezni az egyes részeinek – a szaruhártya, a sclera és az írisz – megfelelőit. Igaz, a kapott alkatrészek integrálásának problémája még nem oldódott meg. Ennek ellenére a tudományos irodalomban fényérzékeny sejtek - pálcikák és kúpok - a szem "szentek szentjébe" - a retinába történő átültetéséről lehet tudni, egyelőre azonban csak kísérleti körülmények között.Talán ahhoz, hogy végre mindenhatónak érezzék magukat, a szövetmérnököknek csak meg kell tanulniuk, hogyan kell laboratóriumi körülmények között előállítani az idegi primordiumok összetett származékait.
A vezető nyugati és hazai laboratóriumokban a szakemberek egy másik rendkívül nehezen helyreállítható szerv - a fog - fejlődését próbálják reprodukálni. Létrehozásának nehézségeit az okozza, hogy a fog összetevői különböző forrásokból fejlődnek ki: egyesek az idegrendszer származékaiból - az idegi taréjból, mások pedig a szájüreg hámrétegéből. Ezeket a forrásokat hosszú ideig nem lehetett in vitro kombinálni. A mai napig csak a fogfejlődés korai szakaszát sikerült részben reprodukálni mesterséges körülmények között. Általában nem nélkülözhető a test segítsége, és a laboratóriumi munka befejezése után a leendő fog prototípusát továbbra is a természetes környezetébe - az állkapocs alveolusába (fogüreg) - el kell ültetni. a szövetmérnöki struktúra teljes "érlelése".
Ennek eredményeként elmondható, hogy az elmúlt húsz évet a biológia és az orvostudomány egy új ága, a szövetmérnökség megjelenése jellemezte. Az ezen a területen dolgozó szakemberek igazán egyedi tulajdonságokkal rendelkeznek. Egyformán orvosoknak és biológusoknak kell lenniük, és rendelkezniük kell egy sebész képességeivel is. Ezeket most sehol nem készítik elő, legalábbis nálunk. A szövetmérnökök általában olyan lelkesek, akik azt a célt tűzték ki maguk elé, hogy egy gyermekkori mesét valósággá változtassanak. Egyelőre az egyetemes emberi probléma, amellyel foglalkoznak, még messze van a megoldástól. Évente több százezer ember hal meg krónikus betegségekben világszerte anélkül, hogy megvártak volna egy donorszerv életmentő transzplantációját. Ma láthatóan nincs olyan tudós, aki tagadná, hogy a szövetsebészet a jövő orvostudománya, amelynek sikerei rendkívül fontosak az egész emberiség számára. Ugyanakkor nehéz olyan szakembert találni, aki feltétel nélkül mindenkit szövetmérnöki módszerekkel történő kezelésre szólít fel – túl sok a kérdés és a megoldatlan probléma ezen a nagyon ígéretes tudásterületen.
Kapcsolódó oldalak
www.celltranspl.ru — „Sejttechnológiák az orvostudományban” webhely. Itt található a "Sejttranszplantáció és szövetsebészet" című elektronikus folyóirat is.
www.gemabank.ru — A Gemabank őssejtbank honlapja a köldökzsinórvér tárolásával és felhasználásával foglalkozik.
organprint.missouri.edu – A Missouri Egyetem (USA) tudományos csoportjának webhelye, amely speciális nyomtatón nyomtatott mesterséges szervekkel foglalkozik.