audinių inžinerija. Audinių inžinerija nanostruktūrinėse matricose

Audinių inžinerija kažkada buvo priskirta biologinių medžiagų poskyriui, tačiau išaugo jos apimtis ir svarba, todėl ją galima laikyti atskiru poskyriu. Kad audiniai tinkamai veiktų, reikia tam tikrų mechaninių ir konstrukcinių savybių. Sąvoka „audinių inžinerija“ taip pat reiškia specifinių biocheminių funkcijų atlikimo koregavimą naudojant ląsteles dirbtinai sukurtoje paramos sistemoje (pavyzdžiui, dirbtinėje kasoje arba dirbtinėje kepenyse). Terminas „regeneracinė medicina“ dažnai vartojamas kaip audinių inžinerijos sinonimas, nors regeneracinėje medicinoje daugiau dėmesio skiriama kamieninių ląstelių naudojimui audiniams gaminti.

Paprastai audinių inžinerija, kaip teigia Langeris ir Vacanti, yra laikoma „tarpdisciplinine sritimi, kurioje inžinerijos ir biologijos principai taikomi kuriant biologinius pakaitalus, tai yra audinių ar viso audinio funkcijos atkūrimas, išsaugojimas arba pagerinimas. vargonai“. Audinių inžinerija taip pat apibrėžiama kaip „audinių augimo principų supratimas ir jų taikymas gaminant funkcinius audinių pakaitalus klinikiniam naudojimui“. Išsamesniame aprašyme teigiama, kad „pagrindinė audinių inžinerijos prielaida yra ta, kad natūralių biologinių sistemų naudojimas leis didesnę sėkmę kuriant terapinius metodus, skirtus audinių funkcijoms pakeisti, taisyti, palaikyti ir (arba) išplėsti“.

Ląstelės gali būti gaunamos iš skystų audinių, tokių kaip kraujas, įvairiais būdais, paprastai centrifuguojant. Iš kietųjų audinių ląsteles išskirti sunkiau. Paprastai audinys sumalamas, o paskui virškinamas tripsinu arba kolagenaze, kad būtų pašalinta tarpląstelinė matrica, kurioje yra ląstelės. Po to ląstelėms leidžiama laisvai plūduriuoti, jos tarsi pašalinamos iš skystų audinių. Reakcijos greitis su tripsinu labai priklauso nuo temperatūros, o aukšta temperatūra daro didelę žalą ląstelėms. Kolagenazei reikalinga žema temperatūra, todėl ląstelių netenkama mažiau, tačiau reakcija trunka ilgiau, o pati kolagenazė yra brangus reagentas. Ląstelės dažnai implantuojamos į dirbtines struktūras, galinčias palaikyti trimačio audinio formavimąsi. Šios konstrukcijos vadinamos pastoliais.

Norint pasiekti audinių rekonstrukcijos tikslą, pastoliai turi atitikti tam tikrus specifinius reikalavimus. Didelis poringumas ir apibrėžtas porų dydis, kurie yra būtini skatinant ląstelių sėjimą ir sklaidą visoje struktūroje, tiek ląstelėse, tiek maistinėse medžiagose. Biologinis skaidumas dažnai yra svarbus veiksnys, nes karkasai absorbuojami į aplinkinius audinius, jų nereikia chirurginiu būdu pašalinti. Skilimo greitis turėtų kuo labiau atitikti audinių formavimosi greitį: tai reiškia, kad nors pagamintos ląstelės aplink jas sukurs savo natūralią matricos struktūrą, jos jau gali išlaikyti struktūrinį kūno vientisumą ir galiausiai. Ilgainiui pastoliai sulūžs ir liks naujai suformuotas audinys, kuris priims mechaninę apkrovą.

Ištirtos įvairios pastolių medžiagos (natūralios ir sintetinės, biologiškai skaidžios ir patvarios). Dauguma šių medžiagų buvo žinomos medicinos srityje dar prieš audinių inžinerijos atsiradimą kaip tyrimo temą ir jau buvo naudojamos, pavyzdžiui, siuvimo chirurgijoje. Siekiant sukurti pastolius, pasižyminčius idealiomis savybėmis (biologinis suderinamumas, neimunogeniškumas, skaidrumas ir kt.), jiems buvo sukurtos naujos medžiagos.

Pastoliai gali būti statomi ir iš natūralių medžiagų: visų pirma buvo tiriami įvairūs ekstraląstelinės matricos dariniai ir jų gebėjimas palaikyti ląstelių augimą. Baltyminės medžiagos, tokios kaip kolagenas ar fibrinas, ir polisacharidai, tokie kaip chitozanas arba glikozaminoglikanas (GAG), yra tinkami suderinamumo požiūriu, tačiau kai kurie klausimai vis dar lieka atviri. Funkcinės pastolių grupės gali būti naudingos tiekiant mažas molekules (vaistus) į konkrečius audinius.

anglies nanovamzdeliai

Anglies nanovamzdeliai yra pailgintos cilindrinės struktūros, kurių skersmuo nuo vieno iki kelių dešimčių nanometrų ir ilgis iki kelių centimetrų, susidedančios iš vienos ar daugiau šešiakampių grafito plokštumų, susuktų į vamzdelį ir dažniausiai baigiasi pusrutulio formos galvute, kuri gali būti laikoma pusė fullereno molekulės.

Kaip žinoma, fulereną (C60) 1985 metais atrado Smalley, Kroto ir Curl grupė, už tai 1996 metais šie tyrinėtojai buvo apdovanoti Nobelio chemijos premija. Kalbant apie anglies nanovamzdelius, čia negalima nurodyti tikslios jų atradimo datos. Nors visiems žinoma, kad Iijima 1991 m. stebėjo daugiasienių nanovamzdelių struktūrą, yra ir ankstesnių anglies nanovamzdelių atradimo įrodymų. Taigi, pavyzdžiui, 1974 - 1975 m. Endo ir kt. paskelbė nemažai straipsnių, kuriuose aprašomi ploni vamzdeliai, kurių skersmuo mažesnis nei 100 nm, paruošti garų kondensacijos būdu, tačiau išsamesnis struktūros tyrimas nebuvo atliktas.

SSRS mokslų akademijos Sibiro filialo Katalizės instituto mokslininkų grupė 1977 m., mikroskopu tirdama geležies-chromo dehidrinimo katalizatorių karbonizaciją, užregistravo „tuščiavidurių anglies dendritų“ susidarymą, o 1977 m. buvo pasiūlyta formacija ir aprašyta sienų struktūra. 1992 m. žurnale „Nature“ buvo paskelbtas straipsnis, kuriame teigiama, kad nanovamzdeliai buvo pastebėti 1953 m. Prieš metus, 1952 m., sovietų mokslininkų Raduškevičiaus ir Lukjanovičiaus straipsnyje buvo aprašyta apie 100 nm skersmens skaidulų, gautų terminiu būdu, elektroniniu mikroskopiniu stebėjimu. anglies oksido skilimas ant geležies katalizatoriaus. Šie tyrimai taip pat nebuvo tęsiami.

Yra daug teorinių darbų apie šios alotropinės anglies formos prognozavimą. Darbe chemikas Jonesas (Dedalus) spėliojo apie suvyniotus grafito vamzdžius. L. A. Chernozatonsky ir kitame darbe, paskelbtame tais pačiais metais kaip ir Iijimos darbas, buvo gauti ir aprašyti anglies nanovamzdeliai, o M. Yu. Kornilovas 1986 metais ne tik numatė vienasienių anglies nanovamzdelių egzistavimą, bet ir pasiūlė. kad jų didelis elastingumas.

Nanovamzdelių sandara

Idealus nanovamzdelis yra grafito plokštuma, susukta į cilindrą, tai yra paviršius, išklotas taisyklingais šešiakampiais, kurių viršūnėse yra anglies atomai. Tokios operacijos rezultatas priklauso nuo grafito plokštumos orientacijos kampo nanovamzdelio ašies atžvilgiu. Orientacijos kampas, savo ruožtu, nulemia nanovamzdelio chiralumą, kuris lemia visų pirma jo elektrines charakteristikas.

1 pav. Grafito plokštumos lankstymas, norint gauti (n, m) nanovamzdelį

Norint gauti chiralumo (n, m) nanovamzdelį, grafito plokštuma turi būti perpjauta išilgai punktyrinių linijų kryptimis ir susukta vektoriaus R kryptimi.

Sutvarkyta pora (n, m), nurodanti šešiakampio koordinates, kuri dėl plokštumos sulankstymo turi sutapti su šešiakampiu, esančiu koordinačių pradžioje, vadinama nanovamzdelio chiralumu ir žymima. Kitas būdas nurodyti chiralumą yra nurodyti kampą α tarp nanovamzdelio lankstymo krypties ir krypties, kuria gretimi šešiakampiai turi bendrą pusę. Tačiau šiuo atveju norint išsamiai aprašyti nanovamzdelio geometriją, būtina nurodyti jo skersmenį. Vieno sluoksnio nanovamzdelio chiralumo indeksai (m, n) vienareikšmiškai lemia jo skersmenį D. Šis ryšys turi tokią formą:

čia d 0 = 0,142 nm – atstumas tarp gretimų anglies atomų grafito plokštumoje.

Ryšys tarp chiralumo indeksų (m, n) ir kampo α nustatomas taip:

Tarp įvairių galimų nanovamzdelių lankstymo krypčių išskiriamos tos, kurių (n, m) šešiakampio sulygiavimas su pradžia nereikalauja jo struktūros iškraipymo. Šios kryptys visų pirma atitinka kampus α = 0 (fotelio konfigūracija) ir α = 30° (zigzago konfigūracija). Šios konfigūracijos atitinka atitinkamai chiralumą (n, 0) ir (2m, m).

Vienos sienos nanovamzdeliai

Eksperimentiškai stebimų vienasienių nanovamzdelių struktūra daugeliu atžvilgių skiriasi nuo aukščiau pateikto idealizuoto paveikslo. Visų pirma, tai susiję su nanovamzdelio viršūnėmis, kurių forma, kaip matyti iš stebėjimų, toli gražu nėra idealus pusrutulis. Ypatingą vietą tarp vienasienių nanovamzdelių užima vadinamieji fotelio nanovamzdeliai arba nanovamzdeliai su chiralumu [10, 10]. Šio tipo nanovamzdiuose dvi C-C jungtys, sudarančios kiekvieną šešių narių žiedą, yra orientuotos lygiagrečiai išilginei vamzdelio ašiai. Tokios struktūros nanovamzdeliai turėtų turėti grynai metalinę struktūrą.

Daugiasieniai nanovamzdeliai

Daugiasieniai nanovamzdeliai skiriasi nuo vienasienių nanovamzdelių daug didesne formų ir konfigūracijų įvairove. Konstrukcijų įvairovė pasireiškia tiek išilgine, tiek skersine kryptimis. „Rusiškų lėlių“ tipo struktūra yra bendraašių cilindrinių vamzdelių rinkinys. Kitas šios struktūros tipas yra įdėtųjų bendraašių prizmių rinkinys. Galiausiai paskutinė iš šių struktūrų primena slinktį (slinktį). Visoms struktūroms būdingas atstumas tarp gretimų grafito sluoksnių, artimas 0,34 nm reikšmei, kuri būdinga atstumui tarp gretimų kristalinio grafito plokštumų.

Vienos ar kitos daugiasienių nanovamzdelių struktūros įgyvendinimas konkrečioje eksperimentinėje situacijoje priklauso nuo sintezės sąlygų. Turimų eksperimentinių duomenų analizė rodo, kad tipiškiausia daugiasienių nanovamzdelių struktūra yra struktūra su „rusiškos lėlės“ ir „papjė mašė“ tipo atkarpomis pakaitomis išilgai. Šiuo atveju mažesnio dydžio „vamzdžiai“ paeiliui įdedami į didesnius vamzdelius.

Anglies nanovamzdelių gavimas

Kuriant anglies nanovamzdelių (CNT) sintezės metodus, buvo mažinamos sintezės temperatūros. Sukūrus fullerenų gamybos technologiją, buvo nustatyta, kad grafito elektrodų garinimo elektros lanku metu, kartu formuojantis fullerenams, formuojasi išplėstinės cilindrinės struktūros. Mikroskopininkas Sumio Iijima, naudodamas perdavimo elektronų mikroskopą (TEM), pirmasis šias struktūras identifikavo kaip nanovamzdelius. Aukštos temperatūros CNT gamybos metodai apima elektros lanko metodą. Jei grafito strypas (anodas) išgarinamas elektros lanku, tada ant priešingo elektrodo (katodo) susidaro kietos anglies sankaupos (nuosėdos), kurios minkštojoje šerdyje yra daugiasieniai CNT, kurių skersmuo 15– 20 nm, o ilgis didesnis nei 1 μm. CNT susidarymą iš fullereno suodžių, veikiant suodžiams aukštoje temperatūroje, pirmą kartą pastebėjo Oksfordo ir Šveicarijos grupė. Elektros lanko sintezės instaliacija yra daug metalo, daug energijos suvartojanti, tačiau universali įvairių tipų anglies nanomedžiagoms gauti. Šiuo atveju didelė problema yra proceso pusiausvyra deginant lanką. Elektrinio lanko metodas vienu metu pakeitė lazerio garinimo (abliacijos) metodą lazerio spinduliu. Abliacijos įrenginys yra įprastinė varžinio šildymo krosnis, kurios temperatūra yra 1200C. Norint jame gauti aukštesnę temperatūrą, pakanka į krosnį įdėti anglies taikinį ir nukreipti į jį lazerio spindulį, pakaitomis skenuojant visą taikinio paviršių.

Taip Smalley grupė, naudodama brangią įrangą su trumpo impulso lazeriu, 1995 metais gavo nanovamzdelius, „žymiai supaprastindama“ jų sintezės technologiją. Tačiau CNT derlius išliko mažas. Nedidelių nikelio ir kobalto priedų įvedimas į grafitą leido padidinti CNT išeigą iki 70–90%. Nuo to momento nanovamzdelių susidarymo mechanizmo koncepcijoje prasidėjo naujas etapas. Tapo akivaizdu, kad metalas yra augimo katalizatorius. Taip atsirado pirmieji darbai apie nanovamzdelių gamybą žemos temperatūros metodu – angliavandenilių katalizinės pirolizės (CVD) metodu, kai katalizatoriumi buvo panaudotos geležies grupės metalo dalelės. Vienas iš nanovamzdelių ir nanopluoštų gamybos CVD metodu įrengimo variantų – reaktorius, į kurį tiekiamos inertinės nešamosios dujos, kurios katalizatorių ir angliavandenilį nuneša į aukštos temperatūros zoną. Supaprastintai CNT augimo mechanizmas yra toks. Angliavandenilio terminio skilimo metu susidariusi anglis ištirpsta metalo nanodalelėje.

Pasiekus didelę anglies koncentraciją dalelėje vienoje iš dalelių-katalizatoriaus paviršių, įvyksta energetiškai palanki anglies pertekliaus „izoliacija“ iškreipto pusiau fullereno dangtelio pavidalu. Taip gimsta nanovamzdelis. Suirusi anglis ir toliau patenka į katalizatoriaus dalelę, o norint išleisti jos koncentracijos perteklių iš lydalo, ją reikia nuolat šalinti. Kylantis pusrutulis (pusiau fullerenas) nuo lydalo paviršiaus neša su savimi ištirpusią anglies perteklių, kurios atomai už lydalo sudaro C-C ryšį, kuris yra cilindrinis karkasas-nanovamzdelis. Nano dydžio dalelės lydymosi temperatūra priklauso nuo jos spindulio. Kuo mažesnis spindulys, tuo žemesnė lydymosi temperatūra. Todėl geležies nanodalelės, kurių dydis yra apie 10 nm, yra išlydytos žemesnėje nei 600 C temperatūroje. Šiuo metu CNT sintezė žemoje temperatūroje vykdoma katalizinės acetileno pirolizės metodu, esant Fe dalelėms 550C temperatūroje. Sintezės temperatūros sumažinimas taip pat turi neigiamų pasekmių. Esant žemesnei temperatūrai, gaunami didelio skersmens (apie 100 nm) ir stipriai sugedusios „bambukinės“ struktūros CNT arba įkišti nanokonūnai. Gautas medžiagas sudaro tik anglis, tačiau jos net neprilygsta nepaprastoms charakteristikoms (pavyzdžiui, Youngo moduliui), kurios stebimos vienasieniuose anglies nanovamzdiuose, gautuose lazerio abliacijos arba elektros lanko sintezės būdu.

Kai buvo nustatytas skaidaus polimero tinkamumas naudoti kaulinio audinio chirurgijoje, jis turėjo būti suformuotas į porėtą pastolių medžiagą. Čia reikalingi du pagrindiniai žingsniai. Pirmiausia turite sukurti būdą, kaip polimerą paversti biria medžiaga. Antra, reikalingas būdas padaryti šią medžiagą porėtą.

Medžiagos audinių inžinerijai gamyba

Teisingas medžiagos gamybos būdas arba struktūrizavimas iš dalies priklauso nuo polimero cheminės prigimties. Ilgi, linijiniai, sotieji polimerai, tokie kaip PLGA, paprastai formuojami į stambią medžiagą, susipynus atskiras polimerų grandines, kad susidarytų laisvai surištas polimerų tinklas. Polimerinės grandinės susipynimas dažnai pasiekiamas liejant polimerą į formą. Taigi, polimeras ištirpsta tirpiklyje, tada tirpalas pilamas į formą arba apvalkalą, vėliau tirpiklis išgaruoja, paliekant polimerą kaip tūrinę apvalkalo formos medžiagą. Kitu atveju polimero infuzija gali būti šiluma, slėgis arba abu. Taigi polimeras dedamas į formą, kaitinamas iki stiklėjimo temperatūros ir, veikiant slėgiui, įgauna apvalkalo formą. Šių metodų pranašumas yra tai, kad jie yra gana paprasti. Tačiau kadangi medžiaga yra elastinga tik dėl susipynusių polimerinių grandinių, bendrai medžiagai trūksta mechaninio stiprumo. Šį trūkumą sunku įveikti nepakeitus polimero cheminės struktūros.

Kitas būdas suformuoti birų medžiagą iš linijinio polimero yra cheminių jungčių tarp polimero grandinių susidarymas, žinomas kaip polimero jungtis. Ryšys dažniausiai yra tarp nesočiųjų anglies-anglies dvigubų jungčių, todėl ši arba kita, kuri sukelia panašią reakciją, turi egzistuoti kažkur polimero grandinėje. Surišimui užtikrinti taip pat reikalinga inicijavimo sistema, dažniausiai radikali arba joninė. Iniciatoriaus sistema susijungia su polimeru ir, reaguodama į impulsą, pavyzdžiui, šilumą, šviesą, cheminį greitintuvą ar tiesiog laiką, iniciatorius sudaro produktą, kuris skleidžia rišimą. Kadangi šie polimerai yra suformuojami į birų medžiagą kovalentiniu ryšiu, jie paprastai turi didelį mechaninį stiprumą. Be to, jų gebėjimas sukietėti reaguojant į taikomą impulsą leidžia šias medžiagas švirkšti į pažeistą vietą, kad jos sukietėtų. Pagrindinis surištų medžiagų trūkumas yra tas, kad didėjantis medžiagos sudėtingumas, kai yra daug komponentų ir vyksta cheminė reakcija, dažnai sukelia citotoksiškumo ir biologinio suderinamumo problemų.

Taip pat reikėtų pažymėti, kad medžiagos pradinis taškas gali būti ne polimeras, o mažesnė molekulė, tokia kaip oligomeras arba monomeras. Su šiomis mažesnėmis molekulėmis medžiaga gali būti suformuota inicijuojant jų polimerizaciją. Polimerizuoti monomerai vėliau gali sudaryti vientisą medžiagą, susipynus ilgas polimero grandines, jei tai yra bifunkcinis monomeras, arba išsišakojus tinklus, jei tai daugiafunkciniai monomerai. Privalumai ir trūkumai, susiję su monomerų polimerizacija, yra tokie patys kaip ir su polimero surišimu.

Aukščiau aprašyti metodai gali būti taikomi tiek hidrofobiniams, tiek hidrofiliniams polimerams. Pagrindinis hidrofobinių polimerų, tokių kaip PLA, pranašumas prieš hidrofilinius polimerus, tokius kaip PEG, yra santykinis susidariusio gelio stiprumas. Tačiau hidrofobiniai polimerai paprastai negali būti naudojami ląstelių kapsuliavimui, nes gelis trukdo transportuoti vandenį, maistines medžiagas ir atliekas į ląstelę ir iš jos. Geliai, suformuoti iš hidrofobinių polimerų, dažniausiai naudojami kaip karkasas, kuriame ląstelės ir audiniai yra labiau pritvirtinti prie medžiagos paviršiaus nei medžiagos viduje. Hidrofiliniai polimerai yra ypač naudingi ląstelėms kapsuliuoti (39, 46-51, 59-61). Šie polimerai sudaro gelį, kuriame dažnai yra iki 90% vandens, todėl molekulės gali pasyviai sklisti į ląstelę ir iš jos. Deja, dėl didelio vandens kiekio pablogėja gelio mechaninės savybės. Kaulinio audinio inžinerijoje hidrogeliai gali būti naudojami nelaikančioje aplinkoje arba kaip pastolių komponentas, turintis pakankamai aukštų mechaninių savybių. Hidrofilinių ir hidrofobinių polimerų pasirinkimas daugiausia priklauso nuo nagrinėjamos audinių inžinerijos strategijos, taip pat nuo pačių audinių.

Biomimetinės medžiagos

Naujausi tyrimai buvo skirti biomimetinėms medžiagoms. Biomimetinės medžiagos, skirtos labiau imituoti tarpląstelinės matricos struktūrą, dažniausiai yra hidrogeliai, skirti konkrečiai sąveikauti su tam tikro tipo ląstelėmis, kad būtų sukurtas dirbtinis audinys su norimomis savybėmis. Apskritai šios medžiagos pirmiausia buvo gautos sukuriant medžiagą, kuri beveik visiškai apsaugo nuo ląstelių sukibimo. Be to, signalinės molekulės, dažniausiai trumpos peptidų sekos, pagamintos baltymų adhezijos būdu ir dalyvaujančios specifinėje ląstelių adhezijoje, yra kovalentiškai surištos su medžiaga. Rezultatas yra medžiaga, kuri leidžia tik specialios rūšies ląstelėms prisitvirtinti prie paviršiaus arba prasiskverbti į poras.

Labai svarbus ir dažnai nepastebimas veiksnys yra tai, kad pradinė medžiaga turi užkirsti kelią atsitiktiniam ląstelių sukibimui, kad galutinė medžiaga turėtų specifinį sukibimą. Tai dažnai pasiekiama naudojant hidrogelį kaip pagrindinę medžiagą, nes manoma, kad hidrogelių hidrofiliškumas neleidžia adsorbuoti hidrofobinių baltymų, reikalingų ląstelių adhezijai. Papildomi veiksniai, lemiantys šios strategijos sėkmę, yra peptidų sekos integravimas į nešiklį, daugiau nei medžiagos paviršiuje, ribotas atstumas iki peptidų sekos, kad ji galėtų prisijungti prie ląstelės paviršiaus receptorių, ir peptidų sekos tankis. peptidų sekos medžiagoje. Galiausiai, norint tęsti šios technikos sėkmę, reikalingi tolesni peptidų sekų, būdingų atskirų ląstelių populiacijų sukibimui, tyrimai.

Porų susidarymas

Sukūrus metodą, kaip polimerą paversti kieta medžiaga, būtina rasti būdą, kaip medžiagoje suformuoti porėtą struktūrą. Paprasčiausias būdas yra įtraukti porogeną į medžiagą prieš paruošimą, o tada pašalinti porogeną. Tūris, pripildytas porogeno, lieka tuščias ir medžiagos viduje susidaro poros. Žinant medžiagos ir porogeno tankį, akytumą galima apskaičiuoti kontroliuojant porogeno svorį medžiagos atžvilgiu. Šis metodas, žinomas kaip porogeninis išplovimas, lengviausiai pasiekiamas naudojant vandenyje tirpų porogeną, pvz., druską, cukrų ar želatinos granules, kurias galima ekstrahuoti pamirkius struktūrą vandenyje. Šio metodo principas yra tas, kad galima surinkti pakankamai porogeno, kad atskiros poros liestųsi viena su kita, sudarydamos surištą porų struktūrą medžiagoje. Susijęs poringumas būtinas ne tik norint laiku išgauti porogeną, bet ir sukurti pastolius gyvybingiems audiniams. Porogeno kiekis, reikalingas klijavimui, priklauso nuo medžiagos ir porogeno, tačiau paprastai 70 % konstrukcijos masės sudaro porogenas. Galiausiai, slenksčio metodo pranašumas yra tas, kad surištą poringumą galima pasiekti tiesiog išmatuojant pastolių svorį prieš ir po slenksčio nuėmimo, jei pastoliuose esančio slenksčio svoris yra lygus slenksčio prarastam svoriui, pasiekiama sanglauda.

Antrasis pagrindinis porėtos struktūros formavimo būdas apima dujų naudojimą poroms formuoti medžiagoje. Paprastai dujos, tokios kaip azotas arba anglies dioksidas, į birią medžiagą patenka jos paruošimo metu, pučiant dujas per medžiagą arba generuojant dujas kaip cheminės reakcijos produktą. Kitas būdas yra užšaldyto tirpiklio burbuliukų susidarymas, kurie palaipsniui pašalinami išgarinant, kad būtų galima gauti porėtą medžiagos struktūrą. Vėlgi, pagrindinis šio metodo principas yra sujungti pakankamai dujų, kad susidarytų darni poringa struktūra.

Šiuo metu yra sukurtos paprastesnės tam tikros struktūros karkasinių konstrukcijų kūrimo technologijos. Iki šiol šie metodai buvo dažniausiai naudojami formuojant porėtus pastolius, tokius kaip aprašyti aukščiau, kad būtų gauta atsitiktinė pastolių struktūra. Ši atsitiktinė porėta struktūra turi du trūkumus. Pirma, tai labai pablogina karkaso mechanines savybes. Dėl to reikia kurti medžiagas, turinčias labai aukštų mechaninių savybių, kad gautus pastolius būtų galima naudoti kaulinio audinio inžinerijoje, o tai riboja naudojamų medžiagų pasirinkimą. Antra, ir taip pat svarbu, atsitiktinis poringumas trukdo rimtiems tyrimams apie pastolių struktūros poveikį audinių formavimuisi, o tai yra labai rimta kaulinio audinio inžinerijos problema. Pagrindiniai struktūrinių vielinių rėmų kūrimo metodai apima greito gamybos būdus, tokius kaip 3D spausdinimas ir stereolitografija.

J.P. Fisheris ir A.H. Reddi, Funkcinė kaulų inžinerija: signalai ir pastoliai
Vertimas Borisova Marina

Audinių inžinerija (TI), kaip disciplina, savo istoriją pradėjo XX amžiaus pirmoje pusėje. Jos įkūrimo pagrindas buvo teoriniai ir praktiniai „dirbtinių“ organų ir audinių kūrimo bei ląstelių ir biologiškai aktyvių komponentų persodinimo į nešiklius darbai, siekiant atkurti įvairių kūno audinių pažeidimus (Langer R., Vacanti J.P. , 1993).

Šiuo metu audinių inžinerija yra viena iš jauniausių medicinos šakų, paremta molekulinės biologijos ir genų inžinerijos principais. Jame taikomas tarpdisciplininis požiūris visų pirma skirtas sukurti naujas biokompozitines medžiagas, skirtas atkurti atskirų audinių ar organų kaip visumos prarastas funkcijas (Spector M., 1999). Pagrindiniai šio požiūrio principai yra sukurti ir naudoti iš biologiškai skaidžių medžiagų pagamintus nešiklius, skirtus implantuoti į pažeistą organą ar audinį, kurie naudojami kartu su donorinėmis ląstelėmis ir (arba) bioaktyviomis medžiagomis. Pavyzdžiui, gydant žaizdos procesą tai gali būti kolageno dangos su alofibroblastais, o kraujagyslių chirurgijoje – dirbtiniai indai su antikoaguliantais (Vacanti SA et.al., 1993). Be to, vienas iš rimtų reikalavimų tokioms nešiklio medžiagoms yra tai, kad jos turi užtikrinti patikimą atramą, tai yra, atramą ir (arba) struktūrą formuojančią funkciją pažeistoje audinio ar organo srityje.

Todėl vienas iš pagrindinių audinių inžinerijos uždavinių gydant kaulų patologijas yra dirbtinių biokompozitų, susidedančių iš alo- ir (arba) ksenomedžiagų, kartu su bioaktyviomis molekulėmis (kaulų morfogenetiniais baltymais, augimo faktoriais ir kt.), kūrimas, galinčių sukelti osteogenezė. Tuo pačiu metu tokios biomedžiagos turi turėti keletą būtinų kaulų savybių (Yannas I.V. et.al., 1984; Reddi A.H.et.al., 1987; Reddi A.H., 1998).

Pirma, jie turi atitikti ir prižiūrėti (pastoliai) defekto apimtį.

Antra, turėti osteoinduktyvumą, ty aktyviai paskatinti osteoblastus ir, galbūt, kitas mezenchimines ląsteles, kad susidarytų kaulas.

Ir, trečia, turėti gerus biointegracijos ir biologinio suderinamumo rodiklius, tai yra, kad jie būtų skaidomi ir nesukeltų recipiento uždegiminių ir imuninių reakcijų. Pastaroji kokybė biomedžiagoje paprastai pasiekiama tik sumažinus jos antigenines savybes.

Visų šių savybių derinys leidžia tokioms biomedžiagoms, lygiagrečiai su atramine, mechanine funkcija, užtikrinti biointegraciją – ląstelių ir kraujagyslių įaugimą į implanto struktūras, o po to formuojasi kaulinis audinys.

Yra žinoma, kad bet kurios biomedžiagos palaikomąjį poveikį paprastai užtikrina jos struktūrinės savybės. Biomedžiagų atveju šis rodiklis paprastai siejamas su vietinio audinio, iš kurio jis buvo gautas, architektonika. Kalbant apie kaulą, pagrindiniai jo struktūrinio stiprumo parametrai yra kietai elastingos kaulo matricos charakteristikos ir jame esančių porų dydis (Marra P. G. 1998; Thomson R. C. et. al., 1998).

Dažniausios biomedžiagos, turinčios atskirą pagalbinę funkciją, yra dirbtinis ir natūralus hidroksiapatitas (HA), biokeramika, poliglikolio rūgštis ir kolageno baltymai (Friess W., 1998).

Šiuo metu chirurginėje odontologijoje, ortopedijoje ir traumatologijoje kaulų defektams pakeisti naudojama daug įvairių hidroksiapatito formų, kurios skiriasi dalelių forma ir dydžiu. Manoma, kad dirbtinai gautas hidroksiapatitas savo chemine sudėtimi ir kristalografiniais parametrais yra beveik identiškas natūraliam kaulų hidroksiapatitui (Parsons J., 1988). Daugelis autorių tiek eksperimentiškai, tiek kliniškai įrodo, kad hidroksiapatito naudojimas turi reikšmingų pranašumų prieš kitas implantų medžiagas. Taigi, jo teigiamos savybės apima tokius rodiklius kaip sterilizavimo paprastumas, ilgas galiojimo laikas, aukštas biologinio suderinamumo lygis ir ypač lėta rezorbcija organizme (Volozhin A.I. ir kt., 1993). Kaip rodo eksperimentiniai tyrimai, hidroksiapatitas yra bioinertiškas ir labai suderinamas su kaulu (Jarcho M. et.al., 1977). Pakeičiant kaulo defektą, esant HA, veikiant biologiniams skysčiams ir audinių fermentams, hidroksiapatitas gali būti iš dalies arba visiškai rezorbuojamas (Klein A.A., 1983). Teigiamas hidroksiapatito poveikis po jo implantacijos į kaulo ertmę, matyt, paaiškinamas ne tik medžiagos osteokondukcinėmis savybėmis, bet ir gebėjimu absorbuoti osteogenezę sukeliančius baltymus ant jo paviršiaus (Ripamonti U., Reddi A.H., 1992).

Šiuo metu didžioji dalis biomedžiagų kaulų defektams atkurti yra gaunama iš žmonių ar įvairių gyvūnų kremzlių ir/ar kaulinių audinių. Dažnai kompozitinėms medžiagoms gaminti naudojami ir kitų tipų jungiamojo audinio komponentai - oda, sausgyslės, smegenų dangalai ir kt. (Voupe P.J., 1979; Yannas I.V. et.al., 1982; Chvapel M., 1982; Goldberg V.M. ir kt., 1991; Damien C.J., Parsons J.R., 1991).

Kolagenas yra labiausiai žinoma iš šiuolaikinių biomedžiagų. Jo platus panaudojimas praktinėje medicinoje siejamas su rekonstrukcinės chirurgijos plėtra ir naujų medžiagų, atliekančių karkaso ir plastines funkcijas audinių regeneracijoje, paieška. Pagrindiniai kolageno, kaip plastikinės biomedžiagos, pranašumai yra jo mažas toksiškumas ir antigeniškumas, didelis mechaninis stiprumas ir atsparumas audinių protezams (Istranov L.P., 1976). Kolageno gamybos šaltiniai gaminant plastinei chirurgijai skirtus produktus yra audiniai, kuriuose gausu šio baltymo – oda, sausgyslės, perikardas ir kaulai. Collagen Corp. gaminamas odos kolageno tirpalas plačiai naudojamas medicinos praktikoje. (Palo-Alto JAV), pavadinimu „Zyderm“ ir „Zyplast“. Šio kolageno pagrindu buvo sukurti įvairūs medicininiai produktai, tokie kaip implantai, žaizdų dangos, chirurginiai siūlai žaizdų paviršiams susiūti ir kt.

Praėjusio amžiaus aštuntajame dešimtmetyje pirmą kartą buvo gauti duomenys apie kolageno transplantatų poveikį kaulinio audinio atstatymui. Tuo pačiu metu buvo nustatyta, kad kolageno implantai skatina fibroblastų dauginimąsi, gretimų audinių vaskuliarizaciją ir, matyt, skatina naujo kaulinio audinio susidarymą su vėlesniu jo restruktūrizavimu (Reddi A.H., 1985). Kaip greitai biologiškai skaidanti medžiaga, kolagenas taip pat buvo naudojamas gelio pavidalu kaulų defektams atkurti (De Balso A.M., 1976). Šio autoriaus gauti rezultatai taip pat rodo, kad kolageno pagrindu pagaminti preparatai gali skatinti kaulinio audinio regeneraciją.

Tuo pačiu metu, siekiant pakeisti kaulų defektus, buvo pradėti tyrimai dėl biokompozitinių medžiagų, kurių sudėtyje yra kolageno ir hidroksiapatito, naudojimo. Taigi veido žandikaulių chirurgijai ir chirurginei odontologijai buvo sukurtos kompozicijos „Alveloform“ ir „Bigraft“, kurių sudėtyje yra išgryninto fibrilinio odos kolageno ir HA dalelių (Collagen Corp., Palo Alto, JAV). Šios biomedžiagos buvo panaudotos alveolių keteros atkūrimui chirurgiškai gydant pacientus, sergančius periodontitu (Krekel G. 1981, Lemons M.M. 1984, Miller E. 1992). Histologiniai ir ultrastruktūriniai tyrimai parodė, kad kolageno ir HA sudėtis teigiamai veikia kaulinio kaulo regeneraciją, tačiau tuo pat metu šios biomedžiagos atlieka daugiausia pastolių ir laidininkų funkcijas, tai yra, pasižymi osteolaidžiomis savybėmis. (Mehlisch D.R., 1989). Vėliau daugelis kitų tyrinėtojų padarė panašias išvadas, ir dauguma mokslininkų šiuo metu laikosi šio požiūrio (Glimcher M.J., 1987; Friess W., 1992; VaccantiC.A. et.al., 1993).

Tačiau, anot kitos mokslininkų grupės, biokompozitinės medžiagos, kurių sudėtyje yra odos kolageno „Ziderm“ ir sintetinio hidroksiapatito, turi tam tikrą osteogeninį poveikį. Pavyzdžiui, Katthagen ir kt. (1984), tirdami Collapat medžiagos, turinčios 1 tipo odos kolageno ir labai dispersinių hidroksiapatito dalelių, poveikį triušių šlaunikaulio kaulų defektų atstatymui, nustatė, kad kaulinio audinio regeneracija eksperimentiniams gyvūnams vyko 5 kartus greičiau nei kontrolinėje. Šie eksperimentiniai rezultatai sudarė pagrindą tolesniam „Kollapat“ medžiagos pritaikymui klinikinėje praktikoje.

Gerai žinoma, kad tinkamiausi transplantacijai ir vėlesnei biointegracijai neabejotinai yra autotransplantai, kurie ruošiami iš paties paciento audinių ir tai visiškai pašalina pagrindines imunologines ir labiausiai infekcines komplikacijas vėlesnės transplantacijos metu (Enneking W.F. et.al., 1980; Summers). B. N., Eisenstein S. M., 1989; Reddi A. H., 1985; Goldberg V. M. ir kt., 1991). Tačiau tokias medžiagas būtina paruošti prieš pat transplantaciją, kitu atveju klinikoje turi būti kaulų bankas tokiai biomedžiagai saugoti, kuri realiai prieinama tik labai didelėms gydymo įstaigoms dėl brangaus šių medžiagų paruošimo ir saugojimo. Be to, galimybės gauti didelį kiekį automatikos yra labai ribotos, o paėmus donorui paprastai atliekamos rimtos chirurginės intervencijos. Visa tai labai riboja platų autograftų naudojimą (Bos G.D. et.al., 1983; Horowitz M.C. 1991). Todėl kaulų patologijų gydymo srityje audinių inžinerija susiduria su realiu uždaviniu sukurti biokompozitines medžiagas, kurių panaudojimas padės išspręsti daugelį problemų tiek persodinant ląsteles, tiek skatinant kaulų formavimąsi jo pažeidimo vietose, mažinant darbo ir finansines išlaidas šalinant įvairaus profilio pacientų kaulų pažeidimus.

Šiuo metu daugelio mokslininkų, dirbančių audinių inžinerijos srityje, pastangomis buvo sukurtos ir įdiegtos biokompozitinės medžiagos, kurios apima ir natūralias kaulų čiulpų ląsteles, ir stromos osteogenines pirmtakas, išaugintas kaulų čiulpų vienasluoksnėse kultūrose (Gupta D. , 1982; Bolder S., 1998). Šie autoriai nustatė, kad sėkmingam osteogenezės indukcijai transplantacijos vietoje būtina sukurti didelį, pradinį stromos pirmtakų tankį – apie 108 ląsteles. Tuo pačiu metu paprastas tokių ląstelių suspensijos įvedimas nedavė gerų rezultatų. Šiuo atžvilgiu rimta problema iškilo ieškant nešiotojų ląstelėms persodinti į recipiento kūną.

Pirmą kartą kaip toks vežėjas Gupta D. et. al. (1982) pasiūlė naudoti ksenoboną, kuris anksčiau buvo nuriebalintas ir nukalkintas. Be to, buvo nustatyta, kad priklausomai nuo ksenoziškumo gryninimo laipsnio, didėja ląstelių elementų prisijungimo prie nešiklio procentas, o ląstelės daug geriau jungiasi su savo organine dalimi nei su natūraliu kaulo hidroksiapatitu (Hofman S., 1999). .

Iš sintetinių medžiagų šiuo metu kaip ląstelių transplantacijos nešiklis plačiai naudojama keramika (Burder S. 1998), kuri yra dirbtinis hidroksiapatitas, gaunamas apdorojant trikalcio fosfatą aukšta temperatūra.

Namų odontologai naudojo dura mater kaip tinkamą alogeninių fibroblastų nešiklį ir pažymėjo, kad šio transplantato naudojimas su alofibroblastais gydant vidutinio sunkumo ir sunkų lėtinį generalizuotą periodontitą turi daug pranašumų, palyginti su kitais gydymo metodais (Dmitrieva L.A., 2001).

Anksčiau atliekant daugybę darbų apie „dirbtinės odos“ konstravimą, buvo nustatyta, kad šio audinio atkūrimo sėkmė po jo pažeidimo priklauso nuo ląstelių mikroaplinkos būklės pažeistoje vietoje. Kita vertus, pačią mikroaplinką sukuria optimalus pagrindinių tarpląstelinės matricos komponentų, tokių kaip kolagenai, glikoproteinai ir proteoglikanai, derinys (Yannas I. et.al., 1980, 1984; Pruitt B., Levine N. , 1984; Madden M. ir kt., 1994).

Kolagenas yra tipiškas fibrilinis baltymas. Jo atskira molekulė, tropokolagenas, susideda iš trijų spiralinių polipeptidinių grandinių, vadinamų a-grandinėmis, kurios yra susuktos į vieną bendrą spiralę ir stabilizuotos vandeniliniais ryšiais. Kiekvienoje a grandinėje yra vidutiniškai apie 1000 aminorūgščių liekanų. Kauliniame audinyje yra dvi pagrindinės grandinių kombinacijos – du λ1 ir vienas λ2 arba 1 tipo kolagenas ir trys λ-1 arba III tipo kolagenai. Be minėtų tipų, kaule nedideliais kiekiais rasta kitų kolageno izoformų (Serov V.P., Shekhter A.B., 1981).

Proteoglikanai yra sudėtingi polisacharidų ir baltymų junginiai. Polisacharidai, sudarantys proteoglikanus, yra linijiniai polimerai, sudaryti iš skirtingų disacharidų subvienetų, sudarytų iš urono rūgščių (gliukurono, galakturono ir idurono), N-acetilheksozaminų (IM-acetilgliukozaminas, N-acetil-galaktozaminas) ir neutralių sacharidų (galaktozės, manozės ir ksilozės). . Šios polisacharidų grandinės vadinamos glikozaminoglikanais. Bent vienas iš disacharido cukrų turi neigiamai įkrautą karboksilo arba sulfato grupę (Stacey M., Barker C, 1965). Brandžiame kauliniame audinyje daugiausia yra sulfatuotų glikozaminoglikanų (sGAG), tokių kaip chondroitino-4 ir chondroitino-6 sulfatai, dermatano sulfatas ir keratano sulfatas. Proteoglikanų biosintezę kauliniame audinyje daugiausia vykdo aktyvuoti osteoblastai ir, nedideliu mastu, subrendę osteocitai (Juliano R., Haskell S., 1993; Wendel M., Sommarin Y., 1998).

Funkcinė sulfatuotų glikozaminoglikanų reikšmė jungiamajame audinyje (KT) yra didelė ir pirmiausia susijusi su kolageno ir elastino skaidulų susidarymu. Sulfatuoti glikozaminoglikanai dalyvauja beveik visuose jungiamojo audinio metabolizmo procesuose ir gali turėti moduliuojantį poveikį jo ląstelių elementų diferenciacijai (Panasyuk A.F. et al., 2000). Daugelis ST regeneracijos parametrų priklauso nuo jų kokybinių ir kiekybinių savybių audiniuose, taip pat nuo sąveikos su kitais ekstraląstelinės matricos komponentais specifikos.

Kaulinio audinio regeneracija ir atkūrimas yra nuoseklių procesų kompleksas, apimantis ir osteogeninių ląstelių aktyvavimą (įdarbinimą, proliferaciją ir diferenciaciją), ir tiesioginį specializuotos matricos susidarymą – jos mineralizaciją ir vėlesnį kaulinio audinio remodeliavimąsi. Tuo pačiu metu šias ląsteles visada kontroliuoja ir veikia daugybė biologinių ir mechaninių veiksnių.

Pagal šiuolaikines koncepcijas kaulinio audinio audinių inžinerija (TI) grindžiama trimis pagrindiniais principais, užtikrinančiais sėkmingą šio audinio pakeitimą.

Pirma, svarbiausias principas kuriant implantacijai skirtas biomedžiagas ir struktūras yra pagrindinių natūralios kaulo matricos savybių atkūrimas, nes būtent unikali kaulinio audinio struktūra turi ryškiausią poveikį regeneracijos procesams. Yra žinoma, kad šios matricos savybės priklauso nuo jos trimatės struktūros ir cheminės sudėties, taip pat nuo mechaninių savybių ir gebėjimo paveikti jungiamojo audinio (KT) ląstelių formas.

Matricos architektonika apima tokius parametrus kaip paviršiaus ir tūrio santykis, porų sistemos buvimas ir, svarbiausia, jos funkcinės ir mechaninės savybės. Dėl šių rodiklių matrica, matyt, gali reguliuoti kraujagyslių įaugimą, teikti chemotaksinius dirgiklius endogeninėms ląstelėms, moduliuoti ląstelių prisirišimą, skatinti dalijimąsi, diferenciaciją ir vėlesnę mineralizaciją. Manoma, kad trimatė matricos konstrukcijos struktūra gali turėti įtakos ne tik indukcijos procesams, bet ir pačiam regeneracijos greičiui.

Todėl audinių inžinerijos būdu sukurta biomedžiaga arba konstrukcija turi turėti savybių, kurios in vivo sąlygomis gali užtikrinti tiek laidžiąsias, tiek indukcines natūralios matricos savybes. Pirmieji apima tokius rodiklius kaip gebėjimas užpildyti ir išlaikyti tūrį, mechaninė integracija, užtikrinanti pralaidumą ląstelėms ir kraujagyslėms. Antrasis - suteikia tiesioginį ar netiesioginį poveikį ląstelių formoms, skatinant jas formuotis kremzlėms ir (arba) kauliniams audiniams.

Kitas svarbus kryptingo kaulinio audinio inžinerijos sėkmės principas yra egzogeninių ir (arba) endogeninių ląstelių, kurios tiesiogiai dalyvauja šio audinio kūrimo procesuose, naudojimas. Tokiu atveju tokių ląstelių šaltinis gali būti ir savas, ir donorinis organizmas. Pavyzdžiui, tam tikrų ląstelių tipų naudojimas nuo kaulų čiulpų pluripotentinių stromos ląstelių iki į osteoblastų panašių ląstelių buvo sėkmingai naudojamas tiek eksperimentuose su gyvūnais, tiek klinikoje.

Paprastai atvirkštinės transplantacijos į kūną metu stromos progenitorinės ląstelės gali diferencijuotis į subrendusias formas, susintetinti matricą ir sukelti endogeninių kaulinio audinio atstatymo reakcijų kaskadą. Tuo pat metu alternatyvus požiūris į sudėtinių biomedžiagų naudojimą rodo, kad jos tiesiogiai veikia endogenines kaulų ir kitas jungiamojo audinio ląsteles, jų pritraukimą (pritraukimą) į implantacijos zoną, skatina jų dauginimąsi ir padidina biosintetinį aktyvumą, verčiant jas. ląstelės aktyviai formuoja kaulinį audinį. Be to, tokios medžiagos gali būti geri ląstelių nešiotojai, ant kurių prieš transplantaciją galima auginti kamienines ląsteles. Paskutinis iš pagrindinių kaulinio audinio inžinerijos sėkmės principų yra bioaktyvių molekulių, įskaitant augimo faktorius, citokinus, hormonus ir kitas biologiškai aktyvias medžiagas, naudojimas.

Kaulų formavimosi indukcijai žinomiausi faktoriai yra kaulų morfogenetiniai baltymai, transformuojantis augimo faktorius – TGF-β, į insuliną panašus augimo faktorius IGF ir kraujagyslių endotelio augimo faktorius VEGF.Todėl biokompozitinė medžiaga gali būti prisotinta ir/ar turėti šių medžiagų. savo struktūroje bioaktyvių molekulių, todėl ją galima naudoti implantacijos metu kaip tokių medžiagų depą. Laipsniškas šių veiksnių išsiskyrimas gali aktyviai paveikti kaulų regeneracijos procesus. Be šių medžiagų, kompozitinių medžiagų sudėtyje gali būti mikro- ir makroelementų, taip pat kitų molekulių (cukrų, peptidų, lipidų ir kt.), kurios gali stimuliuoti ir palaikyti padidėjusį fiziologinį ląstelių aktyvumą atsigaunančiame kauliniame audinyje.

Šiuo metu yra daug įvairių bioplastinių medžiagų, kurios turi osteokondukcines ir (arba) osteoindukcines savybes. Taigi, medžiagos, kurių sudėtyje yra praktiškai gryno hidroksiapatito (HA), tokios kaip Osteogaf, Bio-Oss, Osteomin, Ostim, daugiausia pasižymi laidžiomis savybėmis, nors ir gali turėti silpną osteoindukcinį poveikį. Kita medžiagų grupė yra visiškai arba iš dalies demineralizuotas kaulinis audinys, taip pat šių medžiagų deriniai su biologiškai aktyviomis medžiagomis, tokiomis kaip kaulų morfogenetiniai baltymai ir (arba) augimo faktoriai [Panasyuk A.F. ir kt., 2004].

Svarbiausi reikalavimai bioplastinėms medžiagoms išlieka tokie parametrai kaip antigeninės ir indukcinės savybės. Be to, įvairioms operacijoms dažnai reikalingos medžiagos, kurios kartu su aukščiau nurodytais rodikliais turi geras plastiškumo ar stiprumo charakteristikas, kad būtų galima sukurti ir išlaikyti reikiamas formas ir konfigūracijas užpildant ertmes ir audinių defektus.

Atsižvelgdama į visa tai, kas išdėstyta aukščiau, Konectbiopharm LLC sukūrė kaulų kolageno ir kaulų sulfatuotų glikozaminoglikanų (sGAG) gavimo technologiją ir jų pagrindu buvo pagamintos Biomatrix ir Osteomatrix serijų biokompozitinės osteoplastinės medžiagos. Pagrindinis skirtumas tarp šių biomedžiagų grupių yra tas, kad „Biomatrix“ sudėtyje yra kaulų kolageno ir kaulų sulfatuotų glikozaminoglikanų, o „Osteomatrix“, turinčiame tuos pačius du pagrindinius kaulinio audinio komponentus, taip pat turi natūralios formos hidroksiapatito [Panasyuk A. F. ir kt., 2004]. Šių biomedžiagų šaltinis yra įvairių gyvūnų, taip pat žmonių, kempinės ir žievės kaulai. Šia technologija gautas kaulo kolagenas neturi kitų baltymų ir in vitro sąlygomis praktiškai netirpsta pakankamai koncentruotuose šarmų ir organinių rūgščių tirpaluose.

Ši savybė leidžia biomedžiagoms būti ne tik inertiškoms organizmo imuninės sistemos atžvilgiu, bet ir būti atsparioms biologiniam skaidymui ilgą laiką po jų implantacijos. Šiuo metu, siekiant pagreitinti kaulų ir minkštųjų audinių augimą, aktyviai naudojamas ląstelių stimuliavimo trombocitais turtinga plazma (PRP) metodas. Ši nauja tikslinės audinių inžinerijos ir ląstelių terapijos biotechnologija, pasak kai kurių autorių, yra tikras proveržis chirurginėje praktikoje. Tačiau tokiai plazmai gauti reikia tam tikros techninės įrangos, o kai kuriais atvejais ir specialiai apmokytų darbuotojų. Biomatrix medžiagos naudojimas šiems tikslams visiškai išsprendžia tikrąją problemą su minimaliomis sąnaudomis, nes nereikia išskirti trombocitų iš paciento kraujo. Atlikdami daugybę eksperimentų, nustatėme, kad medžiaga "Biomatrix" gali specifiškai ir dideliais kiekiais surišti periferinio kraujo trombocitus (1 lentelė).

1 lentelė Kraujo trombocitų susiejimas su kaulų kolagenu.

* - 6 ml kraujo buvo inkubuota su 1 g kaulo kolageno (1 g sauso kaulo kolageno užima nuo 2 iki 7 cm³, priklausomai nuo jo poringumo). Duomenys lentelėje pateikiami kaip trombocitų kiekis 1 ml kraujo, praleidžiant jį per 1 cm³ kaulo kolageno.

Taigi, 1 cm³ Biomatrix biomedžiagos gali surišti beveik visus trombocitus (daugiau nei 90%) iš 1 ml kraujo, tai yra, nuo 226 iki 304 milijonų trombocitų. Tuo pačiu metu trombocitų prisijungimas prie kaulų kolageno vyksta greitai ir baigiamas per kelias minutes (1 diagrama).

1 grafikas. Kraujo trombocitų prisijungimo prie kaulų kolageno greitis.

Taip pat buvo nustatyta, kad jei biomedžiaga „Biomatrix“ buvo naudojama neuždengus antikoaguliantais, krešulys susidarė beveik akimirksniu. Dabar įrodyta, kad trombocitais praturtintos plazmos darbinė koncentracija prasideda nuo 1 milijono trombocitų viename µl, todėl norint gauti trombocitais turtingą plazmą, trombocitai turi būti koncentruojami vidutiniškai 5 kartus, bet tuo pačiu izoliacija reikalauja didelių finansinių išlaidų ir tam tikros profesinės patirties. Be to, trombocitams aktyvuoti ir jų atpalaidavimui 7 augimo faktoriai: 3 tipų PDGF-aa, -bb, -ab, du transformuojantys augimo faktoriai - TGF-β1 ir β2, kraujagyslių endotelio augimo faktorius VEGF ir epitelio augimo faktorius EGF. - Prieš vartojimą turtinga plazma turi būti sukrešėjusi trombocitais. Palyginti su žinomais metodais, biomedžiaga "Biomatrix" gali žymiai padidinti trombocitų koncentraciją. Tuo pačiu kolagenas yra būtent tas baltymas, kuris gali aktyvuoti Hagemano faktorių (XII kraujo krešėjimo faktorių) ir komplemento sistemą.

Yra žinoma, kad aktyvuotas Hageman faktorius sukelia kraujo krešėjimo sistemos reakcijų kaskadą ir sukelia fibrino krešulio susidarymą. Šis veiksnys ar jo fragmentai taip pat gali inicijuoti kalikreino-kinino sistemą kraujyje. Taigi, medžiagų „Biomatrix“ ir „Osteomatrix“ sudėtyje esantis kaulų kolagenas gali aktyvuoti pagrindines kraujo plazmos proteolizės sistemas, kurios yra atsakingos už hemodinaminės pusiausvyros palaikymą ir organizmo regeneracinių reakcijų užtikrinimą. Skirtingai nuo trombocitais praturtintos plazmos, kuri pati neturi osteoindukcinio poveikio, ty negali inicijuoti kaulų formavimosi be kaulinių ląstelių, Biomatrix ir Osteomatrix medžiagos turi tokią galią.

Taigi, į raumenis implantuojant Biomatrix ir ypač Osteomatrix biomedžiagas, susidaro negimdinis kaulinis audinys, kuris tiesiogiai įrodo šių medžiagų osteoindukcinį aktyvumą [Ivanov S.Yu. ir kt., 2000]. Šią problemą išsprendžia kartu naudojant trombocitais praturtintą plazmą su rekombinantiniu kaulo morfogenetiniu baltymu, kuris gali paskatinti jungiamojo audinio ląsteles formuotis kauliniam audiniui, tačiau dėl to gerokai išauga technikos kaina. Taip pat reikėtų atkreipti dėmesį į tai, kad „Osteomatrix“ serijos medžiagose yra natūralaus kaulo hidroksiapatito, kuris savo paviršiuje geba afiniškai kaupti osteoblastų sintezuojamus kaulo morfogenetinius baltymus ir taip toliau stimuliuoti osteogenezę („sukelta osteoindukcija“).

Tuo pačiu visiškai pašalinamas prieštaravimas dėl galimų navikų atsiradimo dėl rekombinantinių baltymų naudojimo, nes panašiai naudojant Biomatrix ir Osteomatrix medžiagas, implantuojant yra tik natūralūs natūralios kilmės baltymai. zona. „Biomatrix“ ir „Osteomatrix“ serijų medžiagos turi ir kitą unikalią savybę – jos geba afinitetu surišti sulfatuotus glikozaminoglikanus [Panasyuk A.F., Savashchuk D.A., 2007]. Šis jungimasis sąlygomis, panašiomis į trombocitų surišimą, įvyksta per trumpą laiką, o surištų sulfatuotų glikozaminoglikanų skaičius žymiai viršija fiziologinius parametrus (2 lentelė).

2 lentelė Sulfatinių glikozaminoglikanų prisijungimas prie kaulų kolageno.

Šiuo metu gerai žinoma, kad tiek kolagenas, tiek hidroksiapatitas, naudojami atskirai, turi daugiausia osteokondukcines savybes, tai yra, jie gali atlikti tik „palengvinančios“ medžiagos vaidmenį naujo kaulo susidarymui. Tačiau šios molekulės taip pat gali turėti silpną osteoindukcinį poveikį osteoblastinėms ląstelėms dėl kai kurių jų biologinių savybių.

Šis osteoindukcinis poveikis sustiprinamas kartu naudojant šias dviejų tipų molekules. Kita vertus, jei biomedžiagose kartu su kolagenu ir hidroksiapatitu yra ir sulfatuotų glikozaminoglikanų, toks kompleksas savo struktūra bus artimesnis natūraliai kaulo matricai ir todėl turės daugiau funkcinių savybių. Taigi, žinoma, kad sulfatuoti glikozaminoglikanai turi įtakos daugeliui jungiamojo audinio metabolizmo rodiklių.

Jie gali sumažinti proteolitinių fermentų aktyvumą, slopinti sinergetinį šių fermentų ir deguonies radikalų poveikį tarpląstelinei matricai, blokuoti uždegiminių mediatorių sintezę, maskuodami antigeninius determinantus ir panaikinti chemotaksę, užkirsti kelią ląstelių apoptozei, kurią sukelia žalingi veiksniai, taip pat. sumažinti lipidų sintezę ir taip užkirsti kelią skilimo procesams. Be to, šie junginiai yra tiesiogiai susiję su pačių kolageno skaidulų ir visos ekstraląstelinės matricos kūrimu.

Ankstyvosiose jungiamojo audinio pažeidimo stadijose jie veikia kaip laikinos matricos susidarymo iniciatoriai ir leidžia sustabdyti jungiamojo audinio irimą bei šiurkščiavilnių randų susidarymą, o vėliau užtikrinti greitesnį jo pakeitimą jungiamuoju. audinys, normalus šiam organui [Panasyuk A.F. ir kt., 2000]. Deja, sulfatuotų glikozaminoglikanų vaidmuo reguliuojant osteogenezę nebuvo pakankamai ištirtas, tačiau įrodyta, kad pagrindinis pretendentas į negimdinės osteogenezės induktoriaus vaidmenį modelinėje sistemoje yra šlapimo pūslės epitelio ląstelių išskiriamas proteoglikanas [Fridenshtein A.Ya., Lalykina K.S., 1972].

Kiti autoriai laikosi panašios nuomonės, manydami, kad proteoglikanai yra vienas iš stromos mikroaplinkos veiksnių, reguliuojančių hematopoezę ir kitą mezenchiminių darinių histogenezę. Be to, buvo įrodyta, kad in vitro ir in vivo chondroitino sulfatai turi ryškų poveikį kaulų mineralizacijai.Taigi, nustatėme, kad medžiaga "Osteomatrix" veikiant žmogaus chondrocitų kultūrą, sužadinamos jų chondrogeninės savybės. Medžiagos įtakoje žmogaus chondrocitai kultūroje suformavo histotipines struktūras, kuriose kaulėjimo metu vyksta fosfato nusėdimas ir kaulų matricos mineralizacija.

Be to, buvo nustatyta, kad po Biomatrix, Allomatrix-implant ir Osteomatrix biomedžiagų implantavimo į triušius susidaro negimdinis kaulas, po kurio jis kolonizuojasi kaulų čiulpais. Be to, šios medžiagos buvo sėkmingai naudojamos kaip kamieninių stromos progenitorinių ląstelių nešikliai [Ivanov S.Yu. ir kt., 2000]. Iki šiol šios medžiagos sulaukė pripažinimo tiek odontologijos, tiek ortopedijos praktikoje [Ivanov S.Yu. ir kt., 2000, Lekishvili M.V. ir kt., 2002, Grudyanov A.I. ir kt., 2003, Asnina S.A. ir kt., 2004, Vasiliev M. G. ir kt., 2006]. Su dideliu efektyvumu jie buvo naudojami esant netobulai osteogenezei, atkuriant plaštaką, chirurgiškai gydant periodonto ligas bei šalinant žandikaulio kaulų defektus. Šios biomedžiagos, dėl sukurtos jų gamybos technologijos, kol kas yra vienintelės pasaulyje medžiagos, kurios beveik visiškai išsaugojo natūralaus kaulo kolageną ir mineralines struktūras, tačiau tuo pat metu šios medžiagos visiškai neturi antigeniškumo.

Didelis šių biomedžiagų privalumas yra tai, kad jose yra sulfatuotų kaulų glikozaminoglikanų, afinitetas susijęs su kolagenu ir hidroksiapatitu, o tai žymiai išskiria jas iš pasaulyje turimų analogų ir žymiai padidina jų osteogeninį poveikį. Taigi aukščiau pateikti eksperimentiniai ir klinikiniai duomenys tikrai įrodo, kad remiantis šiuolaikiniais audinių inžinerijos principais buvo sukurtos ir klinikinėje praktikoje įdiegtos buitinės biokompozitinės medžiagos kaulų kolageno, sulfatuotų glikozaminoglikanų ir hidroksiapatito pagrindu. Šios modernios, efektyvios ir saugios naujos kartos biomedžiagos atveria plačias perspektyvas sprendžiant daugelį kaulinio audinio atkūrimo problemų traumatologijoje ir ortopedijoje bei daugelyje kitų chirurginės praktikos sričių.

Elektronograma (1 pav.) rodo, kad kaulo kolageno preparatai yra tvarkingų pluoštų ir skaidulų tinklas. Tuo pačiu metu patys pluoštai yra tankiai supakuoti į antros eilės ryšulius, be lūžių ir defektų. Pagal savo išvaizdą medžiaga turi klasikinę porėtą-ląstelinę struktūrą, kuri visiškai atitinka vietinio kempinio kaulo architektoniką ir neturi kraujagyslių, baltymų, mechaninių ir kitų intarpų. Porų dydis svyruoja nuo 220 iki 700 µm.

Kaulų kolageno biologinį suderinamumą įvertinome atlikdami standartinius tyrimus, kai jie buvo implantuojami po Wistar žiurkių oda. Histomorfologinės analizės ir skenuojančios elektroninės mikroskopijos pagalba nustatyta, kad kaulo kolagenas po pusantro mėnesio buvimo recipiento organizme praktiškai nesunaikinamas ir išlaiko savo struktūrą.

1 pav. 2 pav.

Kaip matyti 2 pav., implantuoto kaulo kolageno poros, trabekulės ir ląstelės iš dalies užpildytos biriu pluoštiniu KT, kurio skaidulos yra silpnai prilituotos prie implanto. Aiškiai matyti, kad aplink jį susidaro nereikšmingas pluoštinis sluoksnis, o pačiame implante pastebimas nedidelis ląstelių elementų skaičius, iš kurių pagrindiniai yra fibroblastai. Būdinga tai, kad implantas beveik per visą ilgį nėra prilituotas prie aplinkinių odos audinių. Šie rezultatai aiškiai rodo didelį šios medžiagos atsparumą biologiniam skaidymui ir visišką aplinkinio jungiamojo audinio bioinertiškumą jos atžvilgiu.

Atlikome biomedžiagų „Biomatrix“, „Allomatrix-implant“ ir „Osteomatrix“ poveikio osteoreparacijai tyrimus segmentinės osteotomijos modeliu pagal visuotinai priimtus metodus (Katthagen B.D., Mittelmeeir H., 1984; Schwarz N. et.al ., 1991). Eksperimente buvo naudojami 1,5-2,0 kg sveriantys šinšilų veislės triušiai, kuriems taikant intraveninę anesteziją buvo atlikta segmentinė stipinkaulio osteotomija.

Praėjus dviem mėnesiams po operacijos, implantacijos zonoje buvo pastebėtas naujo kaulinio audinio susidarymas. Ant pav. 3 medžiagos „Allomatrix-implantas“ histomorfologinio tyrimo rezultatas po 2 mėn. po operacijos. Proksimalinėje defekto zonoje matomas gerai išsivystęs jaunas kaulinis audinys. Daugybė osteoblastų yra šalia kaulų sijų.

Intersticinėje substancijoje ostecitai randami spragose.Naujojoje kaulinėje medžiagoje susidaro tankiai susikaupusios kolageno skaidulos. Intersticinė medžiaga su aktyviomis ląstelėmis yra gerai išvystyta. Implanto sritis (viršuje ir kairėje) aktyviai atkuriama.

Apskritai aplink implanto sritį pagreitėja kaulo brendimas.

Be to, paaiškėjo, kad kaulo kolageno porėta-ląstelinė struktūra užtikrina ne tik defekto tūrio palaikymą dėl elastingų savybių, bet ir optimalią galimybę į jį įaugti jungiamojo audinio ląstelėms, vystytis kraujui. kraujagyslės ir kaulo susidarymas pakeičiant šį defektą.

audinių inžinerija yra mokslas apie audinių, įskaitant kaulų ir kitus skeleto ir raumenų audinius, projektavimą ir gamybą. Tiek audinių inžinerija, tiek morfogenezė yra pagrįsti trimis komponentais – morfogenetiniais signalais, kompetentingomis kamieninėmis ląstelėmis ir karkaso struktūromis. Skeleto ir raumenų audinių atkūrimas apibendrina ir embriono vystymąsi, ir morfogenezę. Morfogenezė – besivystanti mokslų grupė, tirianti struktūrų formavimąsi, bendrą organizmo sandarą pakeliui į suaugusiųjų funkcionavimą.

Todėl morfogenezėje dalyvaujantys impulsai turi būti naudojami kaulinio audinio inžinerijoje. Morfogenetiniai kaulų baltymai atlieka plačiai nukreiptą (pleiotropinę) funkciją pirminiame struktūrų formavime, ląstelių diferenciacijoje ir kaulų bei sąnarių kremzlių atstatyme. Kaulo gebėjimas keistis (rekreacinis gebėjimas) priklauso nuo morfogenetinių kaulų baltymų kaulų matricoje. Kaulų morfogenetiniai baltymai veikia per receptorius ir Smads 1, 5 ir 8, kad stimuliuotų kremzlių ir kaulų ląstelių linijas. Audinių inžinerijos būdu sukurto kaulo ir kremzlės homeostazė priklauso nuo tarpląstelinės matricos ir biomechanikos išlaikymo. Kaulų morfogenetinių baltymų naudojimas genų terapijoje ir kamieninių ląstelių išskyrimas tarpląstelinės matricos biomimetinėse karkaso struktūrose lemia kaulinio audinio funkcionalumą. Apibendrinant reikėtų pažymėti, kad mūsų laikas yra įdomių atradimų metas funkcinės audinių inžinerijos, kaulų impulsų, pastolių struktūrų ir kamieninių ląstelių srityje.

Viena iš problemų, su kuria susiduria chirurgas ortopedas, yra didelio kaulo segmento, pažeisto pašalinus piktybinį kaulinį naviką ar traumą, taisymas ir rekonstrukcija. Nors alogeninis transplantatas dideliems kaulo segmentams vis labiau pripažįstamas, jo trūkumas yra galimas įtrūkimas. Kaulų lūžių problema pacientams, sergantiems osteoporoze po menopauzės, metastazių dėl krūties ar prostatos vėžio ir medžiagų apykaitos sutrikimų, tokių kaip diabetas, reikalauja taikyti audinių inžinerijos principus kaulams.

Audinių inžinerija – tai naujų audinių projektavimo ir gamybos mokslas, skirtas pažeistų organų funkciniam atkūrimui ir dėl vėžio, įvairių ligų ir traumų prarastų kūno dalių pakeitimui. Tarp daugelio kūno audinių kaulai pasižymi dideliu gebėjimu atsinaujinti, todėl apskritai yra audinių inžinerijos principų etalonas. Artimiausiu metu sukaupus žinias audinių inžinerijos srityje bus sukurti kauliniai implantai su nurodytais parametrais, skirti naudoti ortopedinėje chirurgijoje.

Trys pagrindiniai audinių inžinerijos ir audinių regeneracijos komponentai yra signalai, kamieninės ląstelės ir karkasai. Signalų specifiškumas priklauso nuo audinių morfogenezės ir indukcinių dirgiklių besivystančiame embrione. Paprastai jie dauginasi regeneracijos metu. Kaulų transplantatus chirurgai naudoja daugiau nei šimtą metų. Uristas padarė reikšmingą atradimą, rodantį, kad demineralizuotų, šalčiu džiovintų triušio alogeninių kaulų segmentų implantavimas sukėlė naujų kaulų formavimąsi. Įrodyta, kad kaulų formavimosi stimuliavimas yra nuoseklus, žingsnis po žingsnio veiksmas, kuriame vyksta trys pagrindiniai etapai – chemotaksė, mitozė ir diferenciacija. Chemotaksė yra nukreiptas ląstelių judėjimas, veikiamas cheminių signalų, išsiskiriančių iš demineralizuotos kaulo matricos. Kaulą formuojančių ląstelių judėjimą ir vėlesnį sukibimą ant kolageno matricos lemia fibronektino buvimas joje.

Ląstelių proliferacijos pikas, veikiant augimo stimuliatoriams, išsiskiriantiems iš netirpios demineralizuotos matricos, stebimas trečią dieną. Kremzlės formavimasis pasiekia maksimumą 7-8 dienomis, vėliau invazija į kraujagysles, o nuo 9 dienos stebima osteogenezė. Kaulų susidarymo pikas pasiekia 10–12 dienų, kaip rodo šarminės fosfatazės aktyvumas. Po to padidėja osteokalcino, kaulų γ-karboksiglutamo rūgšties turinčio baltymo (BGP), tūris. Naujai susiformavęs nesubrendęs kaulas iki 21 dienos prisipildo raudonųjų čiulpų. Demineralizuotas kaulas išsiskiriant kaulų morfogenetiniams baltymams, kurie lemia pradinius impulsus kaulų morfogenezei, taip pat daugelio organų, be kaulų, formavimąsi, pavyzdžiui, smegenų, širdies, inkstų, plaučių, odos ir dantų. Todėl kaulų morfogenetinius baltymus galima traktuoti kaip morfogenetinius organizmo baltymus.

J.P. Fisheris ir A.H. Reddi, Funkcinė kaulų inžinerija: signalai ir pastoliai
Vertimas Borisova Marina

Mezenchiminės kamieninės ląstelės turi galimybę patekti į pažeistus organizmo audinius, ir tai jau įrodyta. Šį MSC gebėjimą mokslininkai naudoja siekdami tiekti terapinius genus ir vaistus į audinius.

Sistemiškai įvestos kamieninės ląstelės veikia taip. Patekęs į kraują, jis juda kartu su krauju, o susidūręs su pažeidimą rodančiais agentais 10 kartų stipriau prilimpa prie kraujagyslės sienelės. Taigi, kamieninė ląstelė sustoja būtent ten, kur yra pažeidimas.

Uždegimo zonoje jis gamina parakrininius veiksnius (tai yra, veikia kaimynines ląsteles), gyja ir miršta. Iš jos praktiškai nieko neliko.

Jei kamieninė ląstelė pasiekia pažeistą vietą, natūraliai kyla klausimas, ar kartu su ja gali būti tiekiami vaistai ar kažkas kita. Visų pirma, šis klausimas kyla dėl naviko. Navikas taip pat atpažįstamas kaip pažeidimas, todėl MSC taip pat patenka į naviko stromą. Šiuo atžvilgiu kilo mintis į MSC įterpti naviką naikinančius genus (o tokių genų yra). Taigi kamieninė ląstelė naudojama kaip agento pristatymo priemonė.

Tokie eksperimentai buvo plačiai atliekami užsienyje. Jie gana brangūs, jiems reikalinga atitinkama etiketė, įmantri stebėjimams skirta įranga. Dėl šių priežasčių, deja, šie eksperimentai Rusijoje buvo atliekami retai.

Nanodeimantai

Nanodeimantai taip pat naudojami kaip vaistų ir genų tiekimo priemonės. Nanodeimantai iš organizmo pasišalina gana lėtai, pas mus patenka ne tik su krauju, bet ir limfa, audinių skysčiais, išeina su prakaitu, šlapimu ir išmatomis. Bet kita vertus, deimantas yra chemiškai inertiškas, tai yra, mes neįvedame į kūną jokios chemijos. Kadangi deimantas yra labai maža mechaninė dalelė, jis mums nekenkia nei mechaniškai, nei chemiškai. Bet jis galės mums pristatyti reikiamus vaistus. Nanodeimantai patenka į zoną, kurioje yra suaugusiųjų kamieninės ląstelės, ir net be jokių vaistų suaktyvina kraujodaros sistemą.

Tai tik pirmieji eksperimentai, bet jei eisime šiuo keliu, vietoje ląstelių galėsime naudoti MSC produktus. Ląstelių kultūras, žinoma, reikia auginti ir saugoti, tai labai sunkus procesas. Tačiau jų produktai bus gauti tuo pačiu metu.

Nanodeimantai kartu su kamieninėmis ląstelėmis ir jų produktais yra labai perspektyvi galimybė tiekti genus ir vaistus probleminiams audiniams bei organams. Šiuo klausimu vis dar yra daug nežinomųjų. Tačiau ši kryptis gali labai sparčiai vystytis, todėl gali būti sukurti nauji gydymo metodai, saugūs ir veiksmingi – tai, ko reikia iš vaistų. Šiuo atžvilgiu kamieninės ląstelės pripažįstamos šiuolaikinės farmakologijos viltimi.

audinių inžinerija

Audinių inžinerija yra jauniausia, bet neabejotinai labai perspektyvi medicinos šaka. Jo užduotis – sukurti naujas medžiagas pažeistiems audiniams ar net organams atkurti/pakeisti.

Audinių inžinerijos tikslas – sukurti biologinius audinių ir organų pakaitalus.

Audinių inžinerija remiasi tarpdisciplininiu požiūriu. Kartu naujausi bandymai kamieninių ląstelių srityje atveria naują ateitį šios krypties plėtrai. Kamieninės ląstelės gali būti naudojamos audiniams iš jų auginti.

Pati pirmoji audinių inžinerijos kryptis buvo odos ekvivalentų kūrimas. Juk dažnai po traumų, nudegimų reikia atkurti gana didelius odos plotus. Dažniausiai oda iš paciento paimama kitose vietose ir persodinama į pažeistą vietą. Arba galite paimti šio žmogaus MSC, padaryti savotišką rėmą, pasodinti ant jo ląsteles ir uždengti pažeistą dalį. Tokiu būdu sukuriama dirbtinai gauta oda. Tokiu atveju oda bus ne dirbtinė, o tikra!

JAV, Rusijoje, Italijoje šiuo metu plačiai naudojami gyvi lygiaverčiai odos fragmentai, kuriuose yra donorinių arba nuosavų odos ląstelių. Šios sistemos pagerina apdegusių paviršių gijimą. Rusijoje kai kurios klinikos aktyviai dalyvauja šioje srityje bendradarbiaudamos su Mokslinių tyrimų institutu. N.V. Sklifosofsky, Federalinis medicinos biofizikos centras. Burnazyanas ir kt.

Transplantatų kūrimas vykdomas įvairiose medicinos srityse: kardiologijoje (dirbtiniai širdies vožtuvai, stambiųjų kraujagyslių ir kapiliarų tinklų rekonstrukcija); kvėpavimo organų (gerklų, trachėjos ir bronchų), plonosios žarnos, kepenų, šlapimo sistemos organų, endokrininių liaukų ir neuronų atstatymas.

Kamieninės ląstelės buvo plačiai pritaikytos audinių inžinerijos srityje. Kai kurie mokslininkai mano, kad galima naudoti metalines nanodaleles ląstelių augimui kontroliuoti, veikiant jas skirtingų krypčių magnetiniais laukais. Pavyzdžiui, tokiu būdu buvo galima sukurti tokias sudėtingas struktūras kaip tinklainės elementus.

Dirbtinių audinių ir organų sukūrimas pagerins gyvenimo kokybę, padidins pacientų išgyvenamumą ir leis atsisakyti donoro organų transplantacijos.

Didelės sėkmės šioje srityje yra pasiekusi mokslininkų grupė, vadovaujama prof. Anthony Atala JAV. Per pastaruosius dešimt metų profesorius Anthony Atala sugebėjo išauginti ir persodinti žmonėms dešimtis šlapimo pūslių. Šiandien Atalos laboratorijoje auginama daugiau nei dvi dešimtys audinių rūšių – nuo ​​širdies vožtuvų ir kraujagyslių iki pirštų raumenų. Perspektyvi bioinžinerijos technologija yra pilnaverčių krūminių dantų auginimas iš kamieninių ląstelių. Kiekvienais metais atsiranda naujų laimėjimų šia kryptimi. Dantys, išauginti naudojant kamienines ląsteles, daug organiškiau įsilieja į dantuką ir nesukelia fizinio bei psichologinio atstūmimo. Kaip rodo preliminarūs skaičiavimai, tokio protezavimo kaina ženkliai neviršys įprastinio dirbtinio protezavimo kainos. Specialistai mano, kad ateityje ši technologija odontologijoje bus naudojama po 5 metų.Tačiau ši prognozė, matai, įkvepia daug vilčių! Ši idėja paliečia daugelio žmonių interesus. Vidutinis europietis iki penkiasdešimties metų netenka maždaug ketvirtadalio savo dantų.

Odontologijoje kamieninėmis ląstelėmis galima išauginti visiškai prarastą dantį, pradėti savaiminio gijimo, dalinai sunaikinto danties ar jo elementų atstatymo procesus, periodonto ir kitų dantenų ligų gydymui. Labai galimas ir perspektyvus šios technologijos pritaikymas – kova su tokiais dantų sistemos apsigimimais kaip gomurio ar lūpos skilimas.

Audinių inžinerijos srityje yra daug iniciatyvų, kurios kol kas atrodo fantastiškos. Pavyzdžiui, bandymai laboratorijoje užsiauginti nervus, gaminti raumenis, regos organų protezus ar klausos aparatą. Šia kryptimi intensyviai dirbama įvairių šalių mokslo centruose. Ir galbūt daugelis idėjų artimiausiais metais taps realybe.

Čia galime prisiminti šūkį, kurį Henry Fordas savo gamyklose iškabino gamybos linijų darbuotojams: „Turime atsarginių dalių automobiliams, bet atminkite, kad Viešpats Dievas nesukūrė atsarginių dalių žmogui. Būk atsargus!" Tačiau dabar galime prieštarauti, kad nors Viešpats Dievas mums nesukūrė atsarginių dalių, mes jas kuriame protu, savo rankomis.