Funkcionalno inženirstvo kostnega tkiva: impulzi in strukture ogrodja. Inženir tkiv Poklicno pomembne lastnosti
Pošljite svoje dobro delo v bazo znanja je preprosto. Uporabite spodnji obrazec
Študenti, podiplomski študenti, mladi znanstveniki, ki bazo znanja uporabljajo pri študiju in delu, vam bodo zelo hvaležni.
Objavljeno na http://www.allbest.ru/
Objavljeno na http://www.allbest.ru/
Srednja šola Makeevskaya I - III stopnje №72
na temo: Tkivno inženirstvo v medicini
Dokončano:
Shujaulla Kamil
Uvod
1.1 Primarne celice
1.2 Izvorne celice
3.2 3D biotisk
4. Gojenje tkiv
4.7 Kostni mozeg
5 Gojenje organov
5.1 Mehur
5.2 Sapnik
5.4 Jetra
5.5 Srce
5.6 Pljuča
Zaključek
Aplikacija
Uvod
Ena od smeri biotehnologije, ki se ukvarja z ustvarjanjem bioloških nadomestkov za tkiva in organe, je tkivno inženirstvo (TI).
Tkivno inženirstvo je ustvarjanje novih tkiv in organov za terapevtsko rekonstrukcijo poškodovanega organa z dovajanjem podpornih struktur, celic, molekularnih in mehanskih signalov na želeno območje za regeneracijo.
Trenutno se tkivno inženirstvo začenja uporabljati v klinični praksi za zdravljenje degenerativnih bolezni in malformacij; z opeklinami in poškodbami, s pozno hidro- in ureterohidronefrozo, pa tudi z zobozdravstvenimi in kozmetičnimi operacijami.
Sodobni razvoj biomedicine, zlasti tkivnega inženirstva; se lahko uporablja za izboljšanje učinkovitosti zdravljenja pri obnavljanju izgubljenih funkcionalno pomembnih tkiv.
1. Celice za tkivno inženirstvo
Najpomembnejši element uspeha je razpoložljivost potrebnega števila funkcionalno aktivnih celic, ki so sposobne diferenciacije, vzdrževanja ustreznega fenotipa in opravljanja specifičnih bioloških funkcij. Vir celic so lahko telesna tkiva in notranji organi. Možno je uporabiti ustrezne celice pacienta, ki potrebuje rekonstruktivno zdravljenje, ali bližnjega sorodnika (avtogene celice). Lahko se uporabljajo celice različnega izvora, vključno s primarnimi in izvornimi celicami.
1.1 Primarne celice
Primarne celice so zrele celice določenega tkiva, ki jih je mogoče vzeti neposredno iz organizma darovalca (ex vivo) s kirurškim posegom. Če so primarne celice vzete iz določenega organizma darovalca in je treba te celice naknadno vsaditi vanj kot prejemnika, potem je verjetnost zavrnitve implantiranega tkiva izključena, saj obstaja največja možna imunološka združljivost primarnih celic. in prejemnik. Vendar pa se primarne celice praviloma ne morejo deliti - njihov potencial za razmnoževanje in rast je nizek.
Pri gojenju takšnih celic in vitro (s tkivnim inženiringom) je pri nekaterih vrstah celic možna dediferenciacija, to je izguba specifičnih, individualnih lastnosti. Na primer, hondrociti, vneseni v kulturo zunaj telesa, pogosto proizvedejo vlaknat in ne prozoren hrustanec.
Ker se primarne celice ne morejo deliti in lahko izgubijo svoje specifične lastnosti, obstaja potreba po alternativnih virih celic za razvoj tehnologij celičnega inženiringa. Matične celice so postale takšna alternativa.
1.2 Izvorne celice
Matične celice so nediferencirane celice, ki imajo sposobnost delitve, samoobnove in diferenciacije v različne vrste specializiranih celic pod vplivom specifičnih bioloških dražljajev.
Matične celice delimo na "odrasle" in "embrionalne"
Vir »odraslih« izvornih celic je popkovnična kri, odvzeta po rojstvu otroka. Ta kri je zelo bogata z izvornimi celicami. Z odvzemom te krvi iz otrokove popkovnice in dajanjem v kriobanko (posebno skladišče) lahko matične celice pozneje uporabimo za obnovitev skoraj vseh tkiv in organov tega posameznika. Te izvorne celice je mogoče uporabiti tudi za zdravljenje drugih bolnikov, če so združljive z antigenom. Ameriški znanstveniki so pridobili izvorne celice iz človeške placente (tam jih je 10-krat več kot v popkovnični krvi), ki se lahko spremenijo v kožne, krvne, mišične in živčne celice.
Vir druge vrste matičnih celic, fetalnih (embrionalnih) izvornih celic, je abortivni material 9-12 tednov nosečnosti. Ta vir je daleč najpogosteje uporabljen. Toda poleg etičnih in pravnih trenj lahko fetalne celice včasih povzročijo zavrnitev presadka. Poleg tega je uporaba nepreizkušenega abortivnega materiala preobremenjena z okužbo bolnika z virusnim hepatitisom, aidsom, citomegalovirusom itd.
Za usmerjanje organizacije, vzdrževanje rasti in diferenciacije celic v procesu rekonstrukcije poškodovanega tkiva je potreben poseben celični nosilec - matriks, ki je tridimenzionalna mreža, podobna spužvi ali plovcu (dopolnilna slika 3) . Za njihovo izdelavo se uporabljajo biološko inertni sintetični materiali, materiali na osnovi naravnih polimerov (kitozan, alginat, kolagen) in biokompoziti. Na primer, ekvivalente kostnega tkiva pridobimo z usmerjeno diferenciacijo matičnih celic kostnega mozga, popkovnične krvi ali maščobnega tkiva v osteoblaste, ki se nato nanesejo na različne materiale, ki podpirajo njihovo delitev (na primer donorska kost, kolagenske matrice itd.) .
2. Faze izdelave umetnih organov
Do danes je ena od strategij tkivnega inženiringa naslednja:
1. Selekcija in gojenje lastnega ali donorskega celičnega materiala.
Celični material so lahko regenerirane tkivne celice ali izvorne celice.
V prvi fazi se odbere lastni ali donorski celični material (biopsija), tkivno specifične celice se izolirajo in gojijo. Sestava strukture tkivnega inženirstva ali presadka poleg celične kulture vključuje poseben nosilec (matriko)
2. Razvoj posebnega celičnega nosilca (matriksa) na osnovi biokompatibilnih materialov
Matrice so lahko izdelane iz različnih biokompatibilnih materialov. Za izdelavo matrik cepljenk se uporabljajo biološko inertni sintetični materiali, materiali na osnovi naravnih polimerov (hitozana, alginata, kolagena), pa tudi biokompozitni materiali. Na primer, ekvivalente kostnega tkiva pridobimo s ciljno diferenciacijo izvornih celic kostnega mozga, popkovnične krvi ali maščobnega tkiva. Celice nastale kulture se nanesejo na matrico. inženirsko gojenje tkivnih organov
3. Aplikacija celične kulture na matriks in razmnoževanje celic v bioreaktorju s posebnimi pogoji gojenja
Kjer se kultura inkubira določen čas. Prvi bioreaktorji so bili ustvarjeni za proizvodnjo umetnega jetrnega tkiva.
4. Neposredna uvedba presadka v območje prizadetega organa ali predhodna namestitev v dobro prekrvavljeno območje za zorenje in tvorbo mikrocirkulacije znotraj presadka (prefabrikacija)
Biomateriali, ki se uporabljajo za pridobivanje matrik, morajo biti biološko inertni in po cepljenju (prenosu v telo) zagotavljati lokalizacijo na njih nanesenega celičnega materiala na določenem mestu. Večina biomaterialov tkivnega inženirstva se v telesu zlahka uniči (resorbira) in nadomesti z lastnimi tkivi. V tem primeru ne smejo nastajati vmesni produkti, ki so toksični, spreminjajo pH tkiva ali motijo rast in diferenciacijo celične kulture. Neresorptivni materiali se skoraj nikoli ne uporabljajo, ker omejujejo regenerativno delovanje, povzročajo čezmerno tvorbo vezivnega tkiva, izzovejo reakcijo na tujek (inkapsulacija)
Živi kožni ekvivalenti, ki vsebujejo donorske ali lastne kožne celice, se trenutno pogosto uporabljajo v ZDA, Rusiji in Italiji. Ti modeli izboljšajo celjenje obsežnih opeklinskih površin. Razvoj presadkov se izvaja tudi v kardiologiji (umetne srčne zaklopke, rekonstrukcija velikih žil in kapilarnih mrež); za obnovo dihalnih organov (grla, sapnika in bronhijev), tankega črevesa, jeter, organov sečil, endokrinih žlez in nevronov. Kovinski nanodelci se v tkivnem inženirstvu uporabljajo za nadzor rasti celic z izpostavljanjem magnetnim poljem različnih smeri. Na primer, na ta način je bilo mogoče ustvariti ne le analoge jetrnih struktur, temveč tudi tako kompleksne strukture, kot so elementi mrežnice. Prav tako nanokompozitni materiali, ustvarjeni z metodo litografije z elektronskim žarkom (electron beam litography, EBL), zagotavljajo nanometrsko površinsko hrapavost matrik za učinkovito tvorbo kostnih vsadkov. Ustvarjanje umetnih tkiv in organov bo omogočilo zavrnitev presaditve večine organov darovalcev, izboljšalo kakovost življenja in preživetje bolnikov.
3. Osnovne metode tkivnega inženirstva
3.1 Simulacija naravne organogeneze
Organogeneza - proces nastajanja organov med embrionalnim razvojem
Organogenezo spremlja diferenciacija celic, tkiv, selektivna in neenakomerna rast posameznih organov in delov telesa, nadaljuje se v ličinki in konča v juvenilnem obdobju.
3.2 3D biotisk
Obetavne tehnologije tkivnega inženirstva so odprle možnost laboratorijskega ustvarjanja živih tkiv in organov, vendar je znanost pred ustvarjanjem kompleksnih organov še vedno nemočna. Vendar pa so relativno nedavno znanstveniki pod vodstvom dr. Gunterja Tovarja iz nemškega društva Fraunhofer naredili velik preboj na področju tkivnega inženirstva - razvili so tehnologijo za ustvarjanje krvnih žil. Toda zdelo se je, da je nemogoče umetno ustvariti kapilarne strukture, saj morajo biti prožne, elastične, majhne oblike in hkrati komunicirati z naravnimi tkivi. Nenavadno je, vendar so na pomoč prišle proizvodne tehnologije - metoda hitre izdelave prototipov (z drugimi besedami, 3D tiskanje). Razume se, da je kompleksen tridimenzionalni model (v našem primeru žila) natisnjen na tridimenzionalnem brizgalnem tiskalniku s posebnim »črnilom«. Tiskalnik nanaša material v plasteh, na določenih mestih pa sloje kemično spaja. Opažamo pa, da za najmanjše kapilare tridimenzionalni tiskalniki še niso dovolj natančni. V zvezi s tem je bila uporabljena metoda večfotonske polimerizacije, ki se uporablja v industriji polimerov. Kratki intenzivni laserski impulzi, ki obdelujejo material, vzburijo molekule tako močno, da medsebojno delujejo in se povezujejo v dolge verige. Tako material polimerizira in postane trd, vendar elastičen, kot naravni materiali. Te reakcije so tako obvladljive, da jih je mogoče uporabiti za ustvarjanje najmanjših struktur po tridimenzionalni "risbi".
In da bi se ustvarjene krvne žile lahko povezale s telesnimi celicami, so med izdelavo posod vanje vgrajene modificirane biološke strukture (na primer heparin) in "sidrne" beljakovine. Na naslednji stopnji se endotelijske celice (ena plast ploščatih celic, ki obdajajo notranjo površino krvnih žil) fiksirajo v sistem ustvarjenih "tubulov", tako da se komponente krvi ne lepijo na stene žilnega sistema, ampak prosto prepeljati po njej. Vendar pa bo preteklo še nekaj časa, preden bo dejansko mogoče vsaditi laboratorijsko vzgojene organe z lastnimi krvnimi žilami.
Gojenje organov na donorski ali ksenološki matrici, gojenje organov na umetni matrici glej str.3
4. Gojenje tkiv
Gojenje enostavnih tkiv je že obstoječa in v praksi uporabljena tehnologija.
Obnova poškodovanih predelov kože je že del klinične prakse. V nekaterih primerih se uporabljajo metode za regeneracijo kože osebe same, na primer žrtve opeklin s posebnimi učinki. To je na primer razvil R.R. Bioplastični material Rakhmatullin hyamatrix ali biocol, ki ga je razvila ekipa pod vodstvom B.K. Gavriljuk. Posebni hidrogeli se uporabljajo tudi za rast kože na mestu opekline.
Razvijajo se tudi metode za tiskanje drobcev kožnega tkiva s posebnimi tiskalniki. Takšne tehnologije ustvarjajo na primer razvijalci iz ameriških centrov za regenerativno medicino AFIRM in WFIRM.
Dr. Jorg Gerlach in sodelavci z Inštituta za regenerativno medicino Univerze v Pittsburgu so izumili napravo za presaditev kože, ki bo ljudem pomagala pri hitrejšem celjenju opeklin različne resnosti. Skin Gun razprši raztopino z lastnimi matičnimi celicami na poškodovano kožo žrtve. Trenutno je nova metoda zdravljenja v poskusni fazi, vendar so rezultati že impresivni: hude opekline se zacelijo v samo nekaj dneh.
Skupina zaposlenih na univerzi Columbia pod vodstvom Gordane Vunjak-Novakovic (Gordana Vunjak-Novakovic) je iz izvornih celic, posejanih na okvir, prejela kostni fragment, podoben delu temporomandibularnega sklepa.Znanstveniki iz izraelskega podjetja Bonus Biogroup (ustanovitelj in izvršni direktor - Pai Meretsky, Shai Meretzki razvijata metode za rast človeške kosti iz pacientovega maščobnega tkiva, pridobljenega z liposukcijo. Tako zrasla kost je bila že uspešno presajena v šapo podgane.
Italijanski znanstveniki z Univerze v Vidmu so lahko dokazali, da je populacijo mezenhimskih izvornih celic, pridobljenih iz ene same celice maščobnega tkiva in vitro, tudi v odsotnosti specifičnega strukturnega matriksa ali substrata, mogoče diferencirati v strukturo, ki spominja na zobni zametek. .
Na univerzi v Tokiu so znanstveniki vzgojili polnopravne zobe iz matičnih celic miši, ki vsebujejo zobne kosti in vezivna vlakna, ter jih uspešno presadili v čeljusti živali.
Strokovnjaki iz Columbia University Medical Center (Columbia University Medical Center), ki jih vodi Jeremy Mao (Jeremy Mao), so uspeli obnoviti sklepni hrustanec zajcev.
Najprej so raziskovalci živalim odstranili hrustančno tkivo ramenskega sklepa, pa tudi spodnjo plast kostnega tkiva. Nato so namesto odstranjenih tkiv postavili kolagenske ogrodje.
Pri tistih živalih, pri katerih so ograje vsebovale transformirajoči rastni faktor, beljakovino, ki nadzoruje celično diferenciacijo in rast, se je na nadlahtnici na novo oblikovalo kostno in hrustančno tkivo ter popolnoma obnovilo gibanje v sklepu.
Skupina ameriških znanstvenikov z univerze Texasat Austin je napredovala pri ustvarjanju hrustančnega tkiva z mehanskimi lastnostmi in sestavo zunajceličnega matriksa, ki se spreminjajo na različnih področjih.
Leta 1997 je kirurgu Jayu Vscantiju iz splošne bolnišnice Massachusetts v Bostonu uspelo vzgojiti človeško uho na hrbtu miši s pomočjo hrustančnih celic.
Zdravniki z univerze Johns Hopkins so 42-letni ženski z rakom odstranili s tumorjem prizadeto uho in del lobanjske kosti. S pomočjo hrustanca iz prsnega koša, kože in krvnih žil iz drugih delov pacientkinega telesa so ji vzgojili umetno uho na roki in ga nato presadili na pravo mesto.
Raziskovalci na Worcester Polytechnic Institute (ZDA) so uspešno popravili veliko rano v mišičnem tkivu pri miših z gojenjem in vsaditvijo mikrofilamentov, sestavljenih iz proteinskega polimera fibrina, prevlečenega s plastjo človeških mišičnih celic.
Izraelski znanstveniki iz tehnološkega inštituta Technion-Israel raziskujejo potrebno stopnjo vaskularizacije in organizacije tkiva in vitro za izboljšanje preživetja in integracije vaskulariziranega mišičnega vsadka s tkivnim inženiringom v telo prejemnika.
Raziskovalci z univerze Pierre in Marie Curie v Parizu pod vodstvom Luca Douaya so prvič na svetu uspešno testirali umetno kri, vzgojeno iz izvornih celic na človeških prostovoljcih.
Vsak od udeležencev poskusa je prejel 10 milijard rdečih krvničk, kar je enako približno dvema mililitroma krvi. Stopnja preživetja nastalih celic je bila primerljiva s stopnjo preživetja običajnih eritrocitov.
4.7 Kostni mozeg
Raziskovalci Laboratorija za kemijsko inženirstvo Univerze v Michiganu pod vodstvom Nicholasa Kotova so prvič uspešno ustvarili umetni kostni mozeg, zasnovan za in vitro proizvodnjo krvnih celic. Z njegovo pomočjo je že mogoče pridobiti krvotvorne matične celice in B-limfocite – celice imunskega sistema, ki proizvajajo protitelesa.
5. Rastoči kompleksni organi
5.1 Mehur
Dr. Anthony Atala in njegovi kolegi z univerze Wake Forest v ZDA vzgajajo mehurje iz pacientovih lastnih celic in jih presajajo v paciente.
Izbrali so več bolnikov in jim vzeli biopsijo mehurja – vzorce mišičnih vlaken in urotelijskih celic. Te celice so se razmnoževale sedem do osem tednov v petrijevkah na podlagi v obliki mehurčkov. Nato so tako vzgojene organe všili v telesa bolnikov.
Večletno spremljanje bolnikov je pokazalo, da so organi dobro delovali, brez negativnih učinkov starejših zdravljenj.
Pravzaprav je to prvič, da je bil dovolj kompleksen organ, namesto preprostih tkiv, kot sta koža in kosti, umetno vzgojen in vitro in presajen v človeško telo. Ta ekipa razvija tudi metode za gojenje drugih tkiv in organov.
5.2 Sapnik
Španski kirurgi so izvedli prvo na svetu presaditev sapnika, vzgojenega iz izvornih celic pacientke, 30-letne Claudie Castillo.
Organ je bil vzgojen na Univerzi v Bristolu z uporabo donorskega ogrodja iz kolagenskih vlaken.
Operacijo je izvedel profesor Paolo Macchiarini iz Hospital Clínic de Barcelona.
Profesor Macchiarini aktivno sodeluje z ruskimi raziskovalci, kar je omogočilo izvedbo prvih operacij presaditve gojenega sapnika v Rusiji.
Podjetje Advanced Cell Technology je leta 2002 poročalo, da so uspešno vzgojili celotno ledvico iz ene celice, vzete iz kravjega ušesa, s tehnologijo kloniranja za pridobitev izvornih celic.
S pomočjo posebne snovi so izvorne celice spremenili v ledvične celice.
Tkivo so gojili na odru, izdelanem iz samouničujočega materiala, ki so ga ustvarili na medicinski šoli Harvard in je bil oblikovan kot navadna ledvica. Nastale ledvice, dolge približno 5 cm, so vsadili v kravo poleg glavnih organov.
Posledično je umetna ledvica uspešno začela proizvajati urin.
5.4 Jetra
Ameriški strokovnjaki iz splošne bolnišnice Massachusetts (Massachusetts General Hospital) pod vodstvom Korkuta Yuguna (Korkut Uygun) so uspešno presadili jetra, vzgojena v laboratoriju iz lastnih celic v več podgan.
Raziskovalci so petim laboratorijskim podganam odstranili jetra, jih očistili gostiteljskih celic in tako dobili vezivno tkivne ogrodje organov.
Raziskovalci so nato v vsakega od petih ogrodij vbrizgali približno 50 milijonov jetrnih celic prejemnih podgan. V dveh tednih so se na vsakem od celic, naseljenih s celicami, oblikovala popolnoma delujoča jetra.
Organe, vzgojene v laboratoriju, so nato uspešno presadili petim podganam.
5.5 Srce
Znanstveniki iz britanske bolnišnice Heafield pod vodstvom Megdija Yakuba so prvič v zgodovini vzgojili del srca, pri čemer so kot "gradbeni material" uporabili izvorne celice. Zdravniki so vzgojili tkivo, ki deluje natanko tako kot srčne zaklopke, odgovorne za pretok krvi v človeškem telesu. Znanstveniki z Univerze v Rostocku (Nemčija) so uporabili tehnologijo tiskanja celic z lasersko induciranim prenosom naprej (LIFT), da bi naredili "obliž", zasnovan za regeneracijo srca.
5.6 Pljuča
Ameriški znanstveniki z univerze Yale (Univerza Yale), ki jih vodi Laura Niklason (Laura Niklason), so vzgojili v laboratoriju pljuča (na zunajceličnem matriksu darovalca). Matrica je bila napolnjena s pljučnimi epitelijskimi celicami in notranjo oblogo krvnih žil, vzetih od drugih posameznikov. Z gojenjem v bioreaktorju je raziskovalcem uspelo vzgojiti nova pljuča, ki so jih nato presadili v več podgan. Organ je pri različnih posameznikih normalno deloval od 45 minut do dveh ur po presaditvi. Vendar so se po tem v žilah pljuč začeli tvoriti krvni strdki. Poleg tega so raziskovalci zabeležili uhajanje majhne količine krvi v lumen organa. Vendar pa je raziskovalcem prvič uspelo dokazati potencial regenerativne medicine za presaditev pljuč.
Zaključek
Celično (tkivno) inženirstvo je veja biotehnologije, ki uporablja metode za izolacijo celic iz telesa, njihovo transformacijo in gojenje na hranilnih gojiščih.
Eno od področij celičnega inženiringa je uporaba matičnih celic za obnovo poškodovanih tkiv in organov. V laboratorijskih pogojih je možna reprodukcija in nadaljnja specializacija izvornih celic. To odpira možnosti za umetno gojenje tkiv in nekaterih organov ljudi in živali z namenom njihovega kasnejšega vnosa v organizme.
Drugo področje celičnega inženiringa je kloniranje organizmov. Klon (iz grščine. Clone - veja, potomec) je zbirka celic ali osebkov, pridobljenih od skupnega prednika nespolno; klon je sestavljen iz genetsko homogenih celic ali organizmov. Pri rastlinah je naravno kloniranje zelo razširjeno zaradi nespolnega, zlasti vegetativnega razmnoževanja. Znanstveniki pridobivajo tudi umetne klone rastlin.
Aplikacija
Gostuje na Allbest.ru
Podobni dokumenti
Gensko inženirstvo: zgodovina nastanka, splošne značilnosti, prednosti in slabosti. Seznanitev z najnovejšimi metodami genskega inženiringa, njihova uporaba v medicini. Razvoj genskega inženiringa na področju živinoreje in perutninarstva. Poskusi na podganah.
seminarska naloga, dodana 11.7.2012
Pojav biotehnologije. Glavne smeri biotehnologije. Bioenergija kot veja biotehnologije. Praktični dosežki biotehnologije. Zgodovina genskega inženiringa. Cilji, metode in encimi genskega inženiringa. Dosežki v genskem inženirstvu.
povzetek, dodan 23.07.2008
Uporaba genskega inženiringa kot biotehnološkega orodja za nadzor dednosti živih organizmov. Značilnosti glavnih metod in dosežkov genskega inženiringa v medicini in kmetijstvu, s tem povezane nevarnosti in možnosti.
poročilo, dodano 5. 10. 2011
Metode gojenja človeških in živalskih somatskih celic na umetnih hranilnih gojiščih kot predpogoj za razvoj celičnega inženiringa. Faze somatske hibridizacije. Prenos genskega materiala. Izvor transgenih rastlin.
povzetek, dodan 23.01.2010
Pojem in osnovne metode genskega inženiringa. Metoda ekstrakcije DNA na primeru DNA plazmidov. Principi delovanja restrikcijsko-modifikacijskega sistema. Prenos in odkrivanje kloniranih genov v celicah. Konstrukcija in vnos molekul rekombinantne DNA v celice.
povzetek, dodan 23.01.2010
Bistvo genskega in celičnega inženiringa. Glavne naloge genskega spreminjanja rastlin, analiza škodljivosti njihove uporabe v prehrani. Značilnosti hibridizacije rastlinskih in živalskih celic. Mehanizem pridobivanja zdravilnih učinkovin z genskim inženiringom.
predstavitev, dodana 26.01.2014
Presaditev genov in delov DNK ene vrste v celice drugega organizma. Zgodovina genskega inženiringa. Odnos do gensko spremenjenih organizmov v svetu. Nove gensko spremenjene sorte. Kaj genski inženiring prinaša človeštvu? Kakšne so možnosti genskega inženiringa.
predstavitev, dodana 24.02.2015
Zgodovina, cilji in temelji genskega inženiringa; bioetični vidiki. Skupine genetskih bolezni, njihova diagnostika in zdravljenje. Uporaba genskega inženiringa v medicinski praksi: genska cepiva, genska terapija, proizvodnja zdravil.
povzetek, dodan 26.10.2011
Uporaba celic, ki v naravi niso obstajale, v biotehnoloških procesih. Izolacija genov iz celic, manipulacije z njimi, vnos v druge organizme so v središču nalog genskega inženiringa. Zgodovina genskega inženiringa. Problemi izdelkov z GSO.
predstavitev, dodana 21.02.2014
Predpogoji za nastanek genetike. Osnova teorije mutacije. Genetika kot veda o dednosti: njene začetne zakonitosti in razvoj. Gensko inženirstvo: raziskovalni vidiki in praktični rezultati. Kloniranje organov in tkiv.
Konstrukti tkivnega inženirstva se uporabljajo pri ustvarjanju bioloških nadomestkov za popravilo ali izboljšanje delovanja tkiv. Celice kot sestavni del konstrukta je mogoče pridobiti iz različnih virov in so na različnih stopnjah diferenciacije od slabo diferenciranih celic do visoko diferenciranih specializiranih celic. Kolonizacija pripravljenega matriksa s celicami je pereč problem sodobne biomedicine. Hkrati lastnosti površine matriksa vplivajo na kolonizacijo celic, vključno s pritrditvijo celic in njihovo proliferacijo vzdolž matriksa.
Trenutno znane metode za pridobivanje tkivno spremenjenih konstruktov uporabljajo pripravo celične suspenzije in fizični nanos te suspenzije na biokompatibilen material s postopno sedimentacijo suspenzijske kulture s tvorbo monosloja in dajanjem materiala v rešitev za dolgo časa, ki zadostuje za prodiranje celic po celotnem volumnu materiala, kot tudi z uporabo 3D biotiska. Predlagane so različne metode za oblikovanje tkivno spremenjenih ekvivalentov votlih notranjih organov, kot so sečnica, mehur, žolčni kanal, sapnik.
Klinične raziskave[ | ]
Tkivno spremenjene konstrukte na osnovi biokompatibilnih materialov so preučevali v kliničnih preskušanjih na bolnikih z urološkimi in dermatološkimi boleznimi.
Poglej tudi [ | ]
Opombe [ | ]
- , Fox C. F. Tkivno inženirstvo: zbornik delavnice, ki je potekala v Granlibakkenu, Lake Tahoe, Kalifornija, 26.–29. februarja 1988. - Alan R. Liss, 1988. - T. 107.
- Atala A., Kasper F. K., Mikoš A. G. Inženirska kompleksna tkiva // Science translation medicine. - 2012. - V. 4, št. 160. - S. 160rv12. - ISSN 1946-6234. - DOI:10.1126/scitranslmed.3004890.
- Vasyutin I.A., Lundup A.V., Vinarov A.Z., Butnaru D.V., Kuznetsov S.L. Rekonstrukcija sečnice s tehnologijami tkivnega inženirstva. (rusko) // Bilten Ruske akademije medicinskih znanosti. - 2017. - T. 72, št. 1. - Str. 17–25. - ISSN 2414-3545. - DOI:10.15690/vramn771.
- Baranovsky D.S., Lundup A.V., Parshin V.D. Pridobivanje funkcionalnega ciliiranega epitelija in vitro za tkivno inženirstvo sapnika (rusko) // Bilten Ruske akademije medicinskih znanosti. - 2015. - T. 70, št. 5. - str. 561–567. - ISSN 2414-3545. - DOI:10.15690/vramn.v70.i5.1442.
- Lawrence B. J., Madihally S. V. Celična kolonizacija v razgradljivih 3D poroznih matricah // Celična adhezija in migracija. - 2008. - Letnik 2, št.1. - strani 9-16.
- Mironov V. et al. Tiskanje organov: računalniško podprto jet-based 3D tkivno inženirstvo // TRENDI v biotehnologiji. - 2003. - T. 21. - Št. 4. - S. 157-161. doi:
Tkivno inženirstvo je bilo nekoč razvrščeno kot pododdelek bioloških materialov, a ko sta se povečala obseg in pomen, ga lahko obravnavamo kot samostojno pododdelek. Za pravilno delovanje tkanine potrebujejo določene mehanske in strukturne lastnosti. Izraz "tkivni inženiring" se nanaša tudi na korekcijo delovanja specifičnih biokemičnih funkcij z uporabo celic v umetno ustvarjenem podpornem sistemu (na primer umetna trebušna slinavka ali umetna jetra). Izraz "regenerativna medicina" se pogosto uporablja kot sinonim za tkivno inženirstvo, čeprav je v regenerativni medicini večji poudarek na uporabi matičnih celic za proizvodnjo tkiv.
Običajno tkivno inženirstvo, kot navajata Langer in Vacanti, razumemo kot "interdisciplinarno področje, na katerem se načela inženirstva in biologije uporabljajo za razvoj bioloških nadomestkov, kar je obnavljanje, ohranjanje ali izboljšanje delovanja tkiv ali celotnega orgle." Tkivno inženirstvo je bilo opredeljeno tudi kot "razumevanje principov rasti tkiva in njihova uporaba pri proizvodnji funkcionalnih tkivnih nadomestkov za klinično uporabo". Podrobnejši opis navaja, da je "osnovna predpostavka tkivnega inženiringa, da bo uporaba naravnih bioloških sistemov omogočila večji uspeh pri razvoju terapevtskih metod, katerih cilj je zamenjava, popravilo, vzdrževanje in/ali razširitev funkcije tkiva."
Celice je mogoče pridobiti iz tekočih tkiv, kot je kri, na različne načine, običajno s centrifugiranjem. Težje je ekstrahirati celice iz trdnih tkiv. Običajno se tkivo zmelje in nato prebavi z encimi tripsin ali kolagenazo, da se odstrani zunajcelični matriks, ki vsebuje celice. Po tem pustimo celicam, da prosto plavajo, in jih odstranimo kot iz tekočih tkiv. Hitrost reakcije s tripsinom je zelo odvisna od temperature, visoke temperature pa povzročajo veliko škodo celicam. Kolagenaza zahteva nizke temperature in zato manjšo izgubo celic, vendar reakcija traja dlje, sama kolagenaza pa je drag reagent. Celice se pogosto vsadijo v umetne strukture, ki lahko podpirajo tvorbo tridimenzionalnega tkiva. Te strukture se imenujejo gradbeni odri.
Da bi dosegli cilj rekonstrukcije tkiva, morajo gradbeni odri izpolnjevati nekatere posebne zahteve. Visoka poroznost in definirana velikost por, ki sta bistvenega pomena za spodbujanje sejanja celic in difuzije po celotni strukturi, tako celic kot hranil. Biorazgradljivost je pogosto pomemben dejavnik, saj se ogrodja absorbirajo v okoliška tkiva brez potrebe po kirurški odstranitvi. Hitrost, pri kateri pride do razgradnje, se mora čim bolj ujemati s hitrostjo tvorbe tkiva: to pomeni, da čeprav bodo proizvedene celice okoli sebe ustvarile lastno naravno matrično strukturo, so že sposobne ohraniti strukturno celovitost v telesu in sčasoma sčasoma se bo ogrodje zlomilo in ostalo novo oblikovano tkivo, ki bo prevzelo mehansko obremenitev.
Raziskani so bili različni materiali za gradbene odre (naravni in sintetični, biorazgradljivi in trajni). Večina teh materialov je bila v medicini poznana že pred tkivnim inženiringom kot raziskovalna tema in so se že uporabljali na primer v kirurgiji šivanja. Da bi razvili odre z idealnimi lastnostmi (biokompatibilnost, neimunogenost, transparentnost itd.), so bili zanje zasnovani novi materiali.
Odri so lahko zgrajeni tudi iz naravnih materialov: zlasti so preučevali različne derivate zunajceličnega matriksa in njihovo sposobnost podpiranja rasti celic. Proteinski materiali, kot sta kolagen ali fibrin in polisaharidi, kot sta hitozan ali glikozaminoglikan (GAG), so primerni z vidika združljivosti, nekaj vprašanj pa ostaja odprtih. Funkcionalne skupine ogrodij so lahko uporabne pri dostavi majhnih molekul (zdravil) v specifična tkiva.
ogljikove nanocevke
Ogljikove nanocevke so razširjene valjaste strukture s premerom od enega do nekaj deset nanometrov in dolžine do nekaj centimetrov, ki so sestavljene iz ene ali več heksagonalnih grafitnih ravnin, zvitih v cev in se običajno končajo s polkroglo glavo, ki jo lahko obravnavamo kot pol molekule fulerena.
Kot je znano, je fuleren (C60) leta 1985 odkrila skupina Smalley, Kroto in Curl, za kar so ti raziskovalci leta 1996 prejeli Nobelovo nagrado za kemijo. Kar zadeva ogljikove nanocevke, tukaj ni mogoče navesti natančnega datuma njihovega odkritja. Čeprav je splošno znano, da je Iijima opazoval strukturo večstenskih nanocevk leta 1991, obstajajo zgodnejši dokazi za odkritje ogljikovih nanocevk. Tako je na primer v letih 1974-1975. Endo in drugi so objavili številne članke, ki opisujejo tanke cevi s premerom manj kot 100 nm, pripravljene z metodo kondenzacije pare, vendar podrobnejša študija strukture ni bila izvedena.
Skupina znanstvenikov z Inštituta za katalizo Sibirske podružnice Akademije znanosti ZSSR je leta 1977 med proučevanjem karbonizacije katalizatorjev za dehidrogenacijo železa in kroma pod mikroskopom zabeležila nastanek "votlih ogljikovih dendritov", medtem ko je mehanizem predlagana je bila tvorba in opisana struktura sten. Leta 1992 je bil v reviji Nature objavljen članek, v katerem je pisalo, da so nanocevke opazili leta 1953. Leto prej, leta 1952, je članek sovjetskih znanstvenikov Radushkevicha in Lukyanovicha poročal o opazovanju vlaken s premerom približno 100 nm z elektronskim mikroskopom, ki jih je pridobil termična razgradnja ogljikovega oksida na železovem katalizatorju. Tudi te študije se niso nadaljevale.
Obstaja veliko teoretičnih del o napovedovanju te alotropne oblike ogljika. V delu je kemik Jones (Dedalus) špekuliral o zvitih grafitnih ceveh. V delu L. A. Chernozatonsky in drugega, objavljenem istega leta kot delo Iijime, so bile pridobljene in opisane ogljikove nanocevke, M. Yu. Kornilov pa je leta 1986 ne samo napovedal obstoj enostenskih ogljikovih nanocevk, ampak je tudi predlagal njihova velika elastičnost.
Zgradba nanocevk
Idealna nanocevka je grafitna ravnina, zvita v valj, to je površina, obrobljena z pravilnimi šesterokotniki, na vrhovih katerih so ogljikovi atomi. Rezultat takšne operacije je odvisen od orientacijskega kota ravnine grafita glede na os nanocevke. Orientacijski kot pa določa kiralnost nanocevke, ki določa predvsem njene električne lastnosti.
Slika 1. Zgibanje grafitne ravnine, da dobimo (n, m) nanocevko
Za pridobitev nanocevke kiralnosti (n, m) je treba grafitno ravnino prerezati vzdolž smeri pikčastih črt in valjati vzdolž smeri vektorja R
Urejen par (n, m), ki označuje koordinate šesterokotnika, ki mora zaradi prepogibanja ravnine sovpadati s šesterokotnikom, ki se nahaja na začetku koordinat, se imenuje kiralnost nanocevke in se označuje. Drug način za označevanje kiralnosti je označevanje kota α med smerjo zgibanja nanocevke in smerjo, v kateri imajo sosednji šesterokotniki skupno stran. Vendar pa je v tem primeru za popoln opis geometrije nanocevke potrebno določiti njen premer. Indeksi kiralnosti enoslojne nanocevke (m, n) enolično določajo njen premer D. To razmerje ima naslednjo obliko:
kjer je d 0 = 0,142 nm razdalja med sosednjimi atomi ogljika v ravnini grafita.
Razmerje med indeksoma kiralnosti (m, n) in kotom α je podano z:
Med različnimi možnimi smermi zvijanja nanocevk ločimo tiste, pri katerih poravnava (n, m) šesterokotnika z izvorom ne zahteva popačenja njegove strukture. Te smeri ustrezajo zlasti kotoma α = 0 (konfiguracija fotelja) in α = 30° (konfiguracija cik-cak). Te konfiguracije ustrezajo kiralnosti (n, 0) oziroma (2m, m).
Enostenske nanocevke
Eksperimentalno opažena struktura enostenskih nanocevk se v mnogih pogledih razlikuje od idealizirane slike, predstavljene zgoraj. Najprej gre za oglišča nanocevke, katerih oblika je, kot izhaja iz opazovanj, daleč od idealne poloble. Posebno mesto med enostenskimi nanocevkami zavzemajo tako imenovane foteljske nanocevke ali nanocevke s kiralnostjo [10, 10]. V nanocevkah te vrste sta dve vezi C–C, ki sestavljata vsak šestčlenski obroč, usmerjeni vzporedno z vzdolžno osjo cevi. Nanocevke s tako strukturo bi morale imeti čisto kovinsko strukturo.
Večstenske nanocevke
Večstenske nanocevke se razlikujejo od enostenskih nanocevk po veliko večji raznolikosti oblik in konfiguracij. Raznolikost struktur se kaže tako v vzdolžni kot v prečni smeri. Struktura tipa "ruske lutke" je niz koaksialno ugnezdenih cilindričnih cevi. Druga vrsta te strukture je niz ugnezdenih koaksialnih prizem. Nazadnje, zadnja od teh struktur spominja na zvitek (zvitek). Za vse strukture je značilna vrednost razdalje med sosednjimi grafitnimi plastmi, ki je blizu vrednosti 0,34 nm, ki je lastna razdalji med sosednjimi ravninami kristalnega grafita.
Izvedba ene ali druge strukture večstenskih nanocevk v določeni eksperimentalni situaciji je odvisna od pogojev sinteze. Analiza razpoložljivih eksperimentalnih podatkov kaže, da je najbolj tipična struktura večstenskih nanocevk struktura z odseki tipa "ruska lutka" in "papier-mâché", ki se izmenjujejo po dolžini. V tem primeru so "cevi" manjše velikosti zaporedno vgnezdene v večje cevi.
Pridobivanje ogljikovih nanocevk
Razvoj metod za sintezo ogljikovih nanocevk (CNT) je šel po poti zniževanja sinteznih temperatur. Po izdelavi tehnologije za proizvodnjo fulerenov je bilo ugotovljeno, da med električnim oblokom izhlapevanjem grafitnih elektrod skupaj s tvorbo fuleren nastajajo razširjene cilindrične strukture. Mikroskopist Sumio Iijima je s transmisijskim elektronskim mikroskopom (TEM) prvi identificiral te strukture kot nanocevke. Visokotemperaturne metode za proizvodnjo CNT vključujejo metodo električnega obloka. Če grafitno palico (anodo) izhlapimo v električnem obloku, se na nasprotni elektrodi (katodi) tvori trda ogljikova kopica (usedlina), v mehkem jedru katere so večstenske CNT s premerom 15– 20 nm in dolžine več kot 1 μm. Tvorbo CNT iz fulerenskih saj pod visokotemperaturnim toplotnim delovanjem na saje sta prva opazila skupina Oxford in Swiss. Naprava za sintezo električnega obloka je kovinsko intenzivna, energijsko potratna, a univerzalna za pridobivanje različnih vrst ogljikovih nanomaterialov. V tem primeru je pomemben problem neravnovesje procesa med gorenjem obloka. Metoda z električnim oblokom je nekoč nadomestila metodo laserske evaporacije (ablacije) z laserskim žarkom. Ablacijska enota je običajna uporovna grelna peč, ki daje temperaturo 1200C. Za doseganje višjih temperatur v njem zadošča, da v peč postavimo karbonsko tarčo in vanjo usmerimo laserski žarek, ki izmenično skenira celotno površino tarče.
Tako je Smalleyeva skupina leta 1995 z uporabo drage opreme z laserjem s kratkimi impulzi pridobila nanocevke, s čimer je "bistveno poenostavila" tehnologijo njihove sinteze. Vendar pa je izkoristek CNT ostal nizek. Uvedba majhnih dodatkov niklja in kobalta v grafit je omogočila povečanje izkoristka CNT do 70–90%. Od tega trenutka se je začela nova faza v konceptu mehanizma nastajanja nanocevk. Postalo je očitno, da je kovina katalizator rasti. Tako so se pojavila prva dela o proizvodnji nanocevk z nizkotemperaturno metodo - metodo katalitične pirolize ogljikovodikov (CVD), kjer so bili kot katalizator uporabljeni delci kovine železove skupine. Ena od možnosti naprave za proizvodnjo nanocevk in nanovlaken po metodi CVD je reaktor, v katerega se dovaja inertni nosilni plin, ki prenaša katalizator in ogljikovodik v visokotemperaturno cono. Poenostavljeno, mehanizem rasti CNT je naslednji. Ogljik, ki nastane med termično razgradnjo ogljikovodika, se raztopi v kovinskem nanodelcu.
Ko je dosežena visoka koncentracija ogljika v delcu, na eni od ploskev delca-katalizatorja pride do energijsko ugodne »izolacije« presežka ogljika v obliki popačene polfulerenske kape. Tako se rodi nanocevka. Razkrojeni ogljik še naprej vstopa v delce katalizatorja in da bi sprostili presežek njegove koncentracije v talini, se ga je treba nenehno znebiti. Dvigajoča se hemisfera (semifuleren) s površine taline nosi s seboj raztopljen presežek ogljika, katerega atomi zunaj taline tvorijo vez C–C, ki je valjasto ogrodje-nanocev. Temperatura taljenja delca v nanovelikem stanju je odvisna od njegovega polmera. Manjši kot je polmer, nižje je tališče. Zato so nanodelci železa z velikostjo okoli 10 nm v staljenem stanju pod 600C. Trenutno poteka nizkotemperaturna sinteza CNT z metodo katalitične pirolize acetilena v prisotnosti delcev Fe pri 550C. Znižanje temperature sinteze ima tudi negativne posledice. Pri nižjih temperaturah dobimo CNT z velikim premerom (približno 100 nm) in močno defektno "bambusovo" strukturo ali ugnezdene nanokonuse. Nastali materiali so sestavljeni samo iz ogljika, vendar se niti približno ne približajo izrednim značilnostim (na primer Youngovemu modulu), ki so opažene pri enostenskih ogljikovih nanocevkah, pridobljenih z lasersko ablacijo ali sintezo električnega obloka.
1. Uvod
1.1 Ozadje
1.2 Ekstrakcija celic
2. Gradbeni odri
2.1 Materiali za gradbene odre
2.2 Ogljikove nanocevke
2.2.1 Zgodovina odkritij
2.2.2 Struktura nanocevk
2.2.3 Enostenske nanocevke
2.2.4 Večstenske nanocevke
2.2.5 Pridobivanje ogljikovih nanocevk
3. Reference
1. Uvod
Tkivno inženirstvo je bilo nekoč razvrščeno kot pododdelek bioloških materialov, a ko sta se povečala obseg in pomen, ga lahko obravnavamo kot samostojno pododdelek.
Za pravilno delovanje tkanine potrebujejo določene mehanske in strukturne lastnosti. Izraz "tkivni inženiring" se nanaša tudi na korekcijo delovanja specifičnih biokemičnih funkcij z uporabo celic v umetno ustvarjenem podpornem sistemu (na primer umetna trebušna slinavka ali umetna jetra). Izraz "regenerativna medicina" se pogosto uporablja kot sinonim za tkivno inženirstvo, čeprav je v regenerativni medicini večji poudarek na uporabi matičnih celic za proizvodnjo tkiv.
tkivno inženirstvo celičnih nanocevk
1.1 Predhodne informacije
Običajno tkivno inženirstvo, kot navajata Langer in Vacanti, razumemo kot "interdisciplinarno področje, na katerem se načela inženirstva in biologije uporabljajo za razvoj bioloških nadomestkov, kar je obnavljanje, ohranjanje ali izboljšanje delovanja tkiv ali celotnega orgle." Tkivno inženirstvo je bilo opredeljeno tudi kot "razumevanje principov rasti tkiva in njihova uporaba pri proizvodnji funkcionalnih tkivnih nadomestkov za klinično uporabo". Podrobnejši opis navaja, da je "osnovna predpostavka tkivnega inženiringa, da bo uporaba naravnih bioloških sistemov omogočila večji uspeh pri razvoju terapevtskih metod, katerih cilj je zamenjava, popravilo, vzdrževanje in/ali razširitev funkcije tkiva."
1.2 Rudarstvo celice
Celice lahko pridobimo iz tekočih tkiv, kot je kri, na različne načine, običajno s centrifugiranjem?. Težje je ekstrahirati celice iz trdnih tkiv. Običajno se tkivo zmelje in nato prebavi z encimi tripsin ali kolagenazo, da se odstrani zunajcelični matriks, ki vsebuje celice. Po tem pustimo celicam, da prosto plavajo, in jih odstranimo kot iz tekočih tkiv. Hitrost reakcije s tripsinom je zelo odvisna od temperature, visoke temperature pa povzročajo veliko škodo celicam. Kolagenaza zahteva nizke temperature in zato manjšo izgubo celic, vendar reakcija traja dlje, sama kolagenaza pa je drag reagent.
2. Gradbeni odri
Celice se pogosto vsadijo v umetne strukture, ki lahko podpirajo tvorbo tridimenzionalnega tkiva. Te strukture se imenujejo gradbeni odri.
2.1 materialov za gradbene odre
Da bi dosegli cilj rekonstrukcije tkiva, morajo gradbeni odri izpolnjevati nekatere posebne zahteve. Visoka poroznost in definirana velikost por, ki sta bistvenega pomena za spodbujanje sejanja celic in difuzije po celotni strukturi, tako celic kot hranil. Biorazgradljivost je pogosto pomemben dejavnik, saj se ogrodja absorbirajo v okoliška tkiva brez potrebe po kirurški odstranitvi. Hitrost, pri kateri pride do razgradnje, se mora čim bolj ujemati s hitrostjo tvorbe tkiva: to pomeni, da čeprav bodo proizvedene celice okoli sebe ustvarile lastno naravno matrično strukturo, so že sposobne ohraniti strukturno celovitost v telesu in sčasoma sčasoma se bo ogrodje zlomilo in ostalo novo oblikovano tkivo, ki bo prevzelo mehansko obremenitev.
Raziskani so bili različni materiali za gradbene odre (naravni in sintetični, biorazgradljivi in trajni). Večina teh materialov je bila v medicini poznana že pred tkivnim inženiringom kot raziskovalna tema in so se že uporabljali na primer v kirurgiji šivanja.
Da bi razvili odre z idealnimi lastnostmi (biokompatibilnost, neimunogenost, transparentnost itd.), so bili zanje zasnovani novi materiali.
Odri so lahko zgrajeni tudi iz naravnih materialov: zlasti so preučevali različne derivate zunajceličnega matriksa in njihovo sposobnost podpiranja rasti celic. Proteinski materiali, kot sta kolagen ali fibrin in polisaharidi, kot sta hitozan ali glikozaminoglikan (GAG), so primerni z vidika združljivosti, nekaj vprašanj pa ostaja odprtih. Funkcionalne skupine ogrodij so lahko uporabne pri dostavi majhnih molekul (zdravil) v specifična tkiva.
2.2 ogljikove nanocevke
Ogljikove nanocevke so razširjene cilindrične strukture s premerom od enega do nekaj deset nanometrov in dolžine do nekaj centimetrov, ki so sestavljene iz ene ali več heksagonalnih grafitnih ravnin, zvitih v cev in se običajno končajo s polkroglo glavo, ki jo lahko obravnavamo kot pol molekule fulerena.
2.2.1 Zgodovina odkritij
Kot je znano, fuleren (C 60) je leta 1985 odkrila skupina Smalley, Kroto in Curl, za kar so ti raziskovalci leta 1996 prejeli Nobelovo nagrado za kemijo. Kar zadeva ogljikove nanocevke, tukaj ni mogoče navesti natančnega datuma njihovega odkritja. Čeprav je splošno znano, da je Iijima opazoval strukturo večstenskih nanocevk leta 1991, obstajajo zgodnejši dokazi za odkritje ogljikovih nanocevk. Tako je na primer v letih 1974-1975. Endo in drugi so objavili številne članke, ki opisujejo tanke cevi s premerom manj kot 100 nm, pripravljene z metodo kondenzacije pare, vendar podrobnejša študija strukture ni bila izvedena. Skupina znanstvenikov z Inštituta za katalizo Sibirske podružnice Akademije znanosti ZSSR je leta 1977 med proučevanjem karbonizacije katalizatorjev za dehidrogenacijo železa in kroma pod mikroskopom zabeležila nastanek "votlih ogljikovih dendritov", medtem ko je mehanizem predlagana je bila tvorba in opisana struktura sten. Leta 1992 je bil v reviji Nature objavljen članek, v katerem je pisalo, da so nanocevke opazili leta 1953. Leto prej, leta 1952, je članek sovjetskih znanstvenikov Radushkevicha in Lukyanovicha poročal o opazovanju vlaken s premerom približno 100 nm z elektronskim mikroskopom, ki jih je pridobil termična razgradnja ogljikovega oksida na železovem katalizatorju. Tudi te študije se niso nadaljevale.
Obstaja veliko teoretičnih del o napovedovanju te alotropne oblike ogljika. V delu je kemik Jones (Dedalus) špekuliral o zvitih grafitnih ceveh. V delu L. A. Chernozatonsky in drugega, objavljenem istega leta kot delo Iijime, so bile pridobljene in opisane ogljikove nanocevke, M. Yu. Kornilov pa je leta 1986 ne samo napovedal obstoj enostenskih ogljikovih nanocevk, ampak je tudi predlagal njihova velika elastičnost.
2.2.2 Struktura nanocevk
Objavljeno na http://www.website/
Idealna nanocevka je grafitna ravnina, zvita v valj, to je površina, obrobljena z pravilnimi šesterokotniki, na vrhovih katerih so ogljikovi atomi. Rezultat takšne operacije je odvisen od orientacijskega kota ravnine grafita glede na os nanocevke. Orientacijski kot, v s
Po drugi strani določa kiralnost nanocevke, ki določa zlasti njene električne lastnosti.
Urejen par (n, m), ki označuje koordinate šesterokotnika, ki mora zaradi prepogibanja ravnine sovpadati s šesterokotnikom, ki se nahaja na začetku koordinat, se imenuje kiralnost nanocevke in se označuje.
Drug način za označevanje kiralnosti je označevanje kota 6 med smerjo zgibanja nanocevke in smerjo, v kateri imajo sosednji šesterokotniki skupno stranico. Vendar pa je v tem primeru za popoln opis geometrije nanocevke potrebno določiti njen premer. Indeksi kiralnosti enoslojne nanocevke (m, n) enolično določajo njen premer D. To razmerje ima naslednjo obliko:
kjer je d 0 = 0,142 nm razdalja med sosednjimi atomi ogljika v ravnini grafita.
Razmerje med indeksoma kiralnosti (m, n) in kotom b je podano z razmerjem
Med različnimi možnimi smermi zvijanja nanocevk ločimo tiste, pri katerih poravnava (n, m) šesterokotnika z izvorom ne zahteva popačenja njegove strukture. Te smeri ustrezajo predvsem kotoma b = 0 (konfiguracija fotelja) in b = 30° (konfiguracija cik-cak). Te konfiguracije ustrezajo kiralnosti (n, 0) oziroma (2m, m).
2.2.3 Enostenske nanocevke
Struktura eksperimentalno opažene enostenske nanocevke se v mnogih pogledih razlikuje od zgoraj predstavljene idealizirane slike. Najprej gre za oglišča nanocevke, katerih oblika je, kot izhaja iz opazovanj, daleč od idealne poloble.
Posebno mesto med enostenskimi nanocevkami zavzemajo tako imenovane foteljske nanocevke ali nanocevke s kiralnostjo [10, 10]. V nanocevkah te vrste sta dve od C-C vezi, ki sestavljata vsak šestčlenski obroč, usmerjeni vzporedno z vzdolžno osjo cevi. Nanocevke s tako strukturo bi morale imeti čisto kovinsko strukturo.
2.2.4 Večstenske nanocevke
Večstenski(večstenske) nanocevke se od enostenskih razlikujejo po veliko večji raznolikosti oblik in konfiguracij. Raznolikost struktur se kaže tako v vzdolžni kot v prečni smeri.
Struktura tipa "ruske lutke" je niz koaksialno ugnezdenih cilindričnih cevi. Druga vrsta te strukture je niz ugnezdenih koaksialnih prizem. Nazadnje, zadnja od teh struktur spominja na zvitek (zvitek). Za vse strukture je značilna vrednost razdalje med sosednjimi grafitnimi plastmi, ki je blizu vrednosti 0,34 nm, ki je lastna razdalji med sosednjimi ravninami kristalnega grafita.
Izvedba ene ali druge strukture večstenskih nanocevk v določeni eksperimentalni situaciji je odvisna od pogojev sinteze. Analiza razpoložljivih eksperimentalnih podatkov kaže, da je najbolj tipična struktura večstenskih nanocevk struktura z odseki tipa "ruska lutka" in "papier-mâché", ki se izmenjujejo po dolžini. V tem primeru so "cevi" manjše velikosti zaporedno vgnezdene v večje cevi.
2.2.5 Pridobivanje ogljikovih nanocevk
Razvoj Metode za sintezo ogljikovih nanocevk (CNT) so šle po poti zniževanja temperatur sinteze. Po izdelavi tehnologije za proizvodnjo fulerenov je bilo ugotovljeno, da med električnim oblokom izhlapevanjem grafitnih elektrod skupaj s tvorbo fuleren nastajajo razširjene cilindrične strukture. Mikroskopist Sumio Iijima je s transmisijskim elektronskim mikroskopom (TEM) prvi identificiral te strukture kot nanocevke. Visokotemperaturne metode za proizvodnjo CNT vključujejo metodo električnega obloka. Če grafitno palico (anodo) izhlapimo v električnem obloku, se na nasprotni elektrodi (katodi) tvori trda ogljikova kopica (usedlina), v mehkem jedru katere so večstenske CNT s premerom 15– 20 nm in dolžine več kot 1 μm. Tvorbo CNT iz fulerenskih saj pod visokotemperaturnim toplotnim delovanjem na saje sta prva opazila skupina Oxford in Swiss. Naprava za sintezo električnega obloka je kovinsko intenzivna, energijsko potratna, a univerzalna za pridobivanje različnih vrst ogljikovih nanomaterialov. V tem primeru je pomemben problem neravnovesje procesa med gorenjem obloka. Metoda z električnim oblokom je nekoč nadomestila metodo laserske evaporacije (ablacije) z laserskim žarkom. Ablacijska enota je običajna uporovna grelna peč, ki daje temperaturo 1200C. Za doseganje višjih temperatur v njem zadošča, da v peč postavimo karbonsko tarčo in vanjo usmerimo laserski žarek, ki izmenično skenira celotno površino tarče.
to. Smalleyjeva skupina je leta 1995 z uporabo drage opreme z laserjem s kratkimi impulzi pridobila nanocevke, s čimer je "bistveno poenostavila" tehnologijo njihove sinteze. Vendar pa je izkoristek CNT ostal nizek. Uvedba majhnih dodatkov niklja in kobalta v grafit je omogočila povečanje izkoristka CNT do 70–90%. Od tega trenutka se je začela nova faza v konceptu mehanizma nastajanja nanocevk. Postalo je očitno, da je kovina katalizator rasti. Tako so se pojavila prva dela o proizvodnji nanocevk z nizkotemperaturno metodo - metodo katalitične pirolize ogljikovodikov (CVD), kjer so bili kot katalizator uporabljeni delci kovine železove skupine. Ena od možnosti naprave za proizvodnjo nanocevk in nanovlaken po metodi CVD je reaktor, v katerega se dovaja inertni nosilni plin, ki prenaša katalizator in ogljikovodik v visokotemperaturno cono. Poenostavljeno, mehanizem rasti CNT je naslednji. Ogljik, ki nastane med termično razgradnjo ogljikovodika, se raztopi v kovinskem nanodelcu.
Ko je dosežena visoka koncentracija ogljika v delcu, na eni od ploskev delca-katalizatorja pride do energijsko ugodne »izolacije« presežka ogljika v obliki popačene polfulerenske kape. Tako se rodi nanocevka. Razkrojeni ogljik še naprej vstopa v delce katalizatorja in da bi sprostili presežek njegove koncentracije v talini, se ga je treba nenehno znebiti. Dvigajoča se polobla (polfuleren) s površine taline nosi s seboj raztopljen presežek ogljika, katerega atomi zunaj taline tvorijo C-C vez, ki je valjast okvir-nanocevka. Temperatura taljenja delca v nanovelikem stanju je odvisna od njegovega polmera. Manjši kot je polmer, nižje je tališče. Zato so nanodelci železa z velikostjo okoli 10 nm v staljenem stanju pod 600C. Trenutno poteka nizkotemperaturna sinteza CNT z metodo katalitične pirolize acetilena v prisotnosti delcev Fe pri 550C. Znižanje temperature sinteze ima tudi negativne posledice. Pri nižjih temperaturah dobimo CNT z velikim premerom (približno 100 nm) in močno defektno "bambusovo" strukturo ali ugnezdene nanokonuse. Nastali materiali so sestavljeni samo iz ogljika, vendar se niti približno ne približajo izrednim značilnostim (na primer Youngovemu modulu), ki so opažene pri enostenskih ogljikovih nanocevkah, pridobljenih z lasersko ablacijo ali sintezo električnega obloka.
3. Bibliografija
Langer, Vacanti JP (maj 1993). "Tkivno inženirstvo". Nauka 260 (5110): 920 6. DOI: 10.1126/science.8493529. PMID 8493529.
B MacArthur BD, Oreffo RO (januar 2005). "Premostitev vrzeli". Narava 433 (7021): 19. DOI: 10.1038/433019a. PMID 15635390.
Podobni dokumenti
Pojem in bistvo biotehnologije, zgodovina njenega nastanka. Glavne smeri in metode biotehnologije. Gensko in celično inženirstvo. »Trije valovi« pri ustvarjanju gensko spremenjenih rastlin. transgene živali. Metode imobilizacije encimov in celic.
povzetek, dodan 01.11.2013
Celično inženirstvo kot skupek metod za konstruiranje novih celic, zgodovina njegovega razvoja. Metode za izolacijo protoplastov. Opis metod gojenja protoplastov: metoda tekočih kapljic in nanosa. somatsko hibridizacijo.
predstavitev, dodana 28.02.2014
Uporaba celic, ki v naravi niso obstajale, v biotehnoloških procesih. Izolacija genov iz celic, manipulacije z njimi, vnos v druge organizme so v središču nalog genskega inženiringa. Zgodovina genskega inženiringa. Problemi izdelkov z GSO.
predstavitev, dodana 21.02.2014
Umetna fotosinteza kot nov vir energije. Umetna fotosinteza v superračunalniku. Izboljšanje fotosinteze z nanotehnologijami. Zagotavljanje super letine s pospeševanjem procesa fotosinteze. Vgradnja ogljikovih nanocevk v kloroplaste.
predstavitev, dodana 11.11.2014
Kemična sestava celic, delovanje znotrajceličnih struktur, delovanje celic v telesu živali in rastlin, razmnoževanje in razvoj celic, prilagajanje celic na razmere v okolju. Določbe celične teorije po M. Schleidenu in T. Schwannu.
predstavitev, dodana 17.12.2013
Industrijska uporaba bioloških procesov na osnovi mikroorganizmov, celičnih kultur, tkiv in njihovih delov. Zgodovina nastanka in faze oblikovanja biotehnologije. Glavne usmeritve, naloge in metode: kloniranje, gensko in celično inženirstvo.
predstavitev, dodana 22.10.2016
Pojav molekularne biotehnologije. Zgodovina problema biološke kode. Politika genske terapije somatskih celic. Kopičenje okvarjenih genov v prihodnjih generacijah. Genska terapija za zarodne celice. Genetika in problem človeka.
povzetek, dodan 25.09.2014
Metode gojenja človeških in živalskih somatskih celic na umetnih hranilnih gojiščih kot predpogoj za razvoj celičnega inženiringa. Faze somatske hibridizacije. Prenos genskega materiala. Izvor transgenih rastlin.
povzetek, dodan 23.01.2010
Osnovne metode biotehnologije. Razmnoževanje organizmov z lastnostmi, zanimivimi za človeka, z metodo celične kulture. Značilnosti uporabe metod genskega inženiringa. Obeti za metodo kloniranja. Tehnične težave pri uporabi metod.
predstavitev, dodana 12.4.2013
Glavne funkcije vrčastih celic kot celic epitelija črevesne sluznice in drugih organov vretenčarjev in človeka. Oblika celic in značilnosti njihove lokalizacije. Skrivnost vrčastih celic. Sodelovanje vrčastih celic pri izločanju sluzi.
V prihodnosti, kot pravijo pisci znanstvene fantastike, bo treba za ozdravitev bolezni iti le v lekarno, ki je videti kot skladišče z rezervnimi deli. In izberite pravo polico. Tukaj rezervne oči, tukaj jetra, ledvice, v tej škatli pa različno velike roke in noge Hollywoodski vizionarji ne zaostajajo za pisatelji, prilivajo tudi olja na ogenj te teme: spektakularno rastoče nove roke in noge superjunakov so impresivne. Toda v življenju je seveda vse veliko bolj prozaično kot na ekranu. Čeprav že obstajajo nekateri predpogoji, da bi človek v bližnji prihodnosti »poskusil« bioumetne organe.
Tkivno inženirstvo je hitro razvijajoča se veja medicine in biologija dobesedno oživi domišljijo. Strokovnjaki na tem področju, ki preučujejo strukturo živih tkiv, jih poskušajo gojiti v laboratoriju, da bi nato umetno ustvarjeno tkivo uporabili za presaditev. Takšna "proizvodnja" bo odprla zelo resne možnosti. Samo pomisliti je treba: bolan (ranjen, pohabljen) človek si bo lahko hitro opomogel, dobil bo neizčrpen vir za nadomestitev poškodovanih organov. Konec koncev, sodoben tempo urbanizacije in razvoj tehničnih sredstev, nenavadno, izpostavlja prebivalce Zemlje vedno večjim nevarnostim in boleznim, vsem vrstam poškodb v različnih katastrofah, zato je naloga tkivnih inženirjev res široka, da raste. kosti, hrustanec in organe za nadomestitev poškodovanih.
Tako kot vse veje medicine ima tudi tkivno inženirstvo svojo terminologijo in metodološke pristope. Vsak postopek "tkivnega inženirstva" se začne s pridobivanjem začetnega celičnega materiala - prvi korak. Za to se praviloma izvede biopsija, to je, da se celice želene vrste vzamejo od pacienta, ki potrebuje bioumetno tkivo. Vse celice pa se ne morejo dovolj intenzivno razmnoževati v umetnem okolju. Zato je drug pristop izbira nediferenciranih matičnih celic, tako imenovanih matičnih celic, ki bodo dozorele in se specializirale že v laboratoriju. To določa odnos med tkivnim inženiringom in raziskavami matičnih celic. Vendar pa teh dveh področij biomedicinskih raziskav ne smemo enačiti – tkivni inženirji so na svojih projektih delali že veliko prej, preden se je izraz »matične celice« uveljavil v širši javnosti.
Drugi korak je gojenje nastalih celic v laboratorijskih pogojih (in vitro), da se njihovo število večkrat poveča. V tem primeru se v primeru uporabe nediferenciranih (matičnih) celic le-te postavijo v posebno okolje, ki povzroči njihovo transformacijo v celice strogo določenega tipa. Da bi razumeli, kako težko je to, je dovolj reči, da je v telesu več kot 200 vrst celic. Da bi dosegli želeni rezultat, se gojenje izvaja v posebnih bioreaktorjih. Ne le simulirajo sestavo mešanice plinov in nabor snovi v hranilnem mediju, temveč tudi vzdržujejo fizične parametre, potrebne za razvoj celic in tkiv - osvetlitev, pretok ali pulziranje tekočine, gravitacijo itd.
A za pridelavo živega tkiva ni dovolj le pridobiti dovolj pravih celic, potrebno je, da so pravilno organizirane v prostoru. Zato je naslednji korak oblikovanje tridimenzionalnega nosilca ogrodja za želeno tkivo, na katerem bi se po presaditvi v telo lahko normalno razvijala in opravljala svoje funkcije.
Nazadnje se kot rezultat vseh teh zapletenih manipulacij pojavi že pripravljen bioumetni tkivni ekvivalent presadka, zadnja faza pa je njegova vsaditev v telo pacienta (cepljenje). Uporaba bolnikovih lastnih celic za izdelavo presadka je temeljno načelo tkivnega inženirstva. Z jemanjem avtocelic se zdravniki izognejo imunološkim težavam z zavrnitvijo presajenega materiala, zaradi česar se možnosti za uspešen izid operacije dramatično povečajo.
Pri začetkih tkivnega inženirstva
Z izjemo stvarjenja Eve iz Adamovega rebra se je kultivacija celic in tkiv začela konec 19. stoletja. Leta 1885 je nemškemu embriologu Wilhelmu Rouxu uspelo več dni ohraniti sposobnost preživetja fragmenta piščančjega zarodka v umetnih pogojih. Vendar pa je bil pravi uspeh pri gojenju tkiv zunaj telesa dosežen šele po poskusih R. Harrisona leta 1907: predlagal je uporabo koagulirane krvi ali limfe kot medija za razvoj tkiva v laboratorijski stekleni posodi in vitro.
Ta metoda je prišla v Rusijo leta 1913, ko je uslužbenec Imperial vojaške medicinske akademije P.P. Avrorov in njegov kolega A.D. Timofeevsky je nekaj časa lahko gojil levkemične krvne celice. In leto kasneje se je za ta problem začel zanimati veliki ruski histolog Aleksander Aleksandrovič Maksimov, profesor na isti akademiji, ki je s to metodo ne samo potrdil enotno teorijo hematopoeze, to je dokazal, da se vse krvne celice razvijejo iz skupnega predhodnika, izvorne celice, postavili pa so tudi temelje za nadaljnji razvoj na področju tkivne kulture zunaj telesa. Na podlagi njegovih rezultatov je bilo opravljenih na stotine študij o gojenju vezivnega tkiva in krvnih celic, s čimer so ustvarili s tkivnim inženiringom ekvivalente kostnega tkiva. Njegova prioriteta v teh študijah je priznana po vsem svetu.
Pravo obdobje tkivnega inženirstva in pravzaprav njegovo ločitev kot samostojne veje medicine se je začelo z drznim delom C. Vacantija o kombiniranju živih celic in umetnih nosilcev zanje v laboratoriju, ki se ga je lotil v 80. letih prejšnjega stoletja. . Danes morda ni več niti enega človeškega organa, katerega razvoja in regeneracije tkivni inženirji ne bi poskušali »ukrotiti«.
Tkanina osnova
Izbira nosilca za razvoj umetnega tkiva je eden najresnejših problemov tkivnega inženirstva. Njegov material mora biti varen tako za celice, ki bodo živele na njem, kot za telo kot celoto, kamor bo nato presajeno bioumetno tkivo. Idealno je, da material sčasoma popolnoma nadomesti telesno tkivo. Hkrati mora imeti edinstveno tridimenzionalno organizacijo, značilno za to vrsto tkiva, ki bi poustvarila strukturo zunajceličnega matriksa živega tkiva. Na primer, za ponovno ustvarjanje votlih cevastih organov se uporabljajo deli podobnih organov (črevesje, sapnik, ureterji in mehur), ki so brez živih celic, pridobljeni iz velikih živali. Toda kot taki nosilci se lahko uporabijo tudi drugi, najrazličnejši in včasih precej nepričakovani materiali.
Najlažji način (če je tukaj seveda primerno govoriti o preprostosti) je bil ustvariti bioumetne kosti. Kot vir celic za bodoče kosti se uporabljajo stromalne matične celice kostnega mozga, ki se lahko razvijejo v celice različnih tkiv, pa tudi osteogene (sposobne tvoriti kostno tkivo) celice drugačnega izvora. Pri izbiri nosilca zanje je predstavljeno pravo polje za domišljijo. Uporablja se kolagen različnih vrst, steklokeramični materiali, celo korale. Dobra osnova so brezžive (kadaverske) kosti ljudi in živali ter kompleksne sintetične strukture, ki se v določenem času raztopijo v telesu. V slednjem primeru je glavna težava sinhronizacija procesa osteogeneze, to je tvorba kostnega tkiva v območju njegovega pomanjkanja in raztapljanje vnesene umetne strukture. Do danes je bilo po svetu izvedenih več tisoč kirurških posegov z uporabo ekvivalentov kostnega tkiva, pridobljenih s tkivnim inženiringom.
Celična in tkivna rekonstrukcija sklepnega hrustanca je na trgu zdravstvenih storitev zelo iskana. Hrustanec je posebno tkivo, ki se v naravnih razmerah ne obnavlja. Po nekaterih ocenah strokovnjakov bi lahko trg za te izdelke samo v ZDA znašal več sto milijonov dolarjev na leto.
Tkivni inženirji niso prezrli kože, največjega organa v človeškem telesu. Skupna površina kože odraslega moškega doseže 2,5 m 2 s težo 1520 kg (vključno s podkožnim tkivom). Koža je precej zapletena in opravlja številne vitalne funkcije, zato lahko ob njeni obsežni poškodbi poleg lokalnih motenj opazimo tudi splošne patološke manifestacije, ki včasih ogrožajo bolnikovo življenje. Pri hudih opeklinah in dolgotrajnih razjedah, ki se ne celijo, koža ne more sama obnoviti svoje celovitosti. Na pomoč priskočijo strokovnjaki, ki že imajo ne samo laboratorijske prototipe, ampak tudi komercialne vzorce bioumetne kože. Do danes je na svetu že na tisoče ljudi uporabilo storitve podjetij, ki na trgu zdravstvenih storitev ponujajo podobne pripravke tkiv.Toda najbolj fantastične rezultate so tkivni inženirji dosegli v otroški praksi. Rastoči organizem postavlja posebne zahteve pri ustvarjanju tkivno spremenjenih struktur, saj morajo te rasti skupaj z otrokovim telesom. Tako so pred kratkim nemški znanstveniki ustvarili srčni ventil, izdelan s tkivnim inženirstvom. Za osnovo celic žilne stene (endotelija) smo vzeli srčno zaklopko odraslega prašiča. In celice otrokove popkovnične krvi so postale vir celičnega materiala. Mimogrede, do nedavnega so popkovnično kri zavrgli med porodom skupaj s placento, zdaj pa vse več dokazov kaže, da lahko ohranitev teh celic v hemabankah v nekaterih primerih reši življenje osebe.
umetna čeljust
Ne tako dolgo nazaj je skupina nemških specialistov iz mesta Kiel, ki jo vodi Patrick Warnke, poročala o uspešni rekonstrukciji spodnje čeljusti, ki je bila skoraj v celoti odstranjena zaradi tumorske lezije. Sprva so morali zdravniki izdelati okvir čeljusti iz titana, ki je bil napolnjen s kostno matrico, pacientovim kostnim mozgom in faktorji rasti kosti. Vendar pa tako velikega fragmenta ni bilo mogoče namestiti takoj na območje poškodbe, ker celice kostnega mozga, vključno z matičnimi celicami, brez lastne žilne mreže, ne le da se ne bi diferencirale v osteoblaste (celice, ki proizvajajo kostno tkivo), ampak umrl pa bi tudi zaradi pomanjkanja kisika in hranil. Zato je bil nastali dizajn uveden v mišice hrbta. To je bilo storjeno, da bi v debelini mišic, ki so intenzivno oskrbovane s krvjo, same žile zrasle v debelino "biološke proteze". Ko se je to zgodilo, so strukturo odstranili in presadili na pravo mesto, pri čemer so predhodno mikrokirurško povezali žile spodnje čeljusti in bioprotezo.
Takih ali podobnih operacij je vsako leto vedno več. Omogočajo ne le obnovitev delovanja izgubljenega organa, temveč tudi estetski kozmetični učinek.
Žilna tkiva!
Eden od dejavnikov, ki omejuje domišljijo tkivnih inženirjev, je nezmožnost ustvarjanja relativno velikih struktur zaradi pomanjkanja ustrezne oskrbe s krvjo in inervacije (povezava s centralnim živčnim sistemom). Tkivno oblikovane strukture, odvzete iz umetnega okolja, so v nevarnosti odmiranja, saj nimajo krvnih žil in v telesu bolnika ne bodo ustrezno preskrbljene s hranili. Delno je to težavo mogoče rešiti s prefabrifikacijo začasne namestitve v laboratoriju izdelane strukture tkivnega inženirstva pod kožo ali med mišice. Čez nekaj časa, ko žile prerastejo skozi celoten volumen presadka, ga izoliramo z ohranitvijo žil in prenesemo na območje poškodbe. Vendar pa je ta pristop povezan s povzročanjem dodatne kirurške travme pacientu, zato so tkivni inženirji našli genialno rešitev: bioumetna tkiva bioumetne žile! Prva dela so bila izvedena s polimernimi mikrotubuli, ki so od znotraj obložene z endotelijem. Takšne cevke predrejo celotno debelino tkiva, ustvarjenega v laboratoriju. Polimer se postopoma raztopi in ne moti izmenjave plinov in hranilnih snovi med krvjo in celicami.
Danes skoraj nič ne omejuje zmogljivosti tkivnih inženirjev. Niso bili ustvarjeni samo laboratorijski prototipi, ampak tudi tkivno inženirski ekvivalenti bradavic mlečne žleze, bioumetnega mehurja in sečevodov so bili uporabljeni v klinični praksi. Določeni so metodični pristopi k ustvarjanju pljuč, jeter, sapnika, črevesnih delov in celo kavernoznih teles penisa.
Konstrukcija parenhimskih organov jeter, pljuč in drugih je še posebej težavna, saj so vse celice v njih v občutljivem razmerju in morajo strogo zasedati svoje pravo mesto v tridimenzionalnem prostoru. Nepričakovani pozitivni rezultati so se tukaj pojavili, ko so celice gojili v suspenziji brez pritrditve na površino. Skupina raziskovalcev pod vodstvom profesorja Colina McGuckina z Univerze v Newcastlu v Združenem kraljestvu je uporabila rotacijski bioreaktor, zasnovan pred 10 leti posebej za Mednarodno vesoljsko postajo. Omogoča vam simulacijo pogojev breztežnosti in mikrogravitacije na Zemlji. Izkazalo se je, da je pri gojenju matičnih celic iz popkovnične krvi v njem mogoče doseči ne le njihovo pretvorbo v funkcionalno aktivne jetrne celice, temveč tudi organogenezo, tvorbo analoga jetrnega tkiva z njegovimi lastnimi funkcijami.
Nič manj presenetljive rezultate niso dobili s poskusi nasičenja celičnih kultur s kovinskimi nanodelci s pomočjo liposomov, ki prosto prodirajo skozi celično membrano. Prisotnost takšnih struktur znotraj celice nanjo praktično ne vpliva. Toda znanstveniki dobijo priložnost nadzorovati rast celic tako, da nanje delujejo z magnetnimi polji različnih smeri. Na ta način je bilo mogoče ustvariti ne le analoge struktur jeter, temveč tudi tako kompleksne strukture, kot so elementi mrežnice. Razvoj očesa tkivnega inženirstva je še vedno v zelo zgodnji fazi, vendar je bilo že mogoče pridobiti ekvivalente njegovih posameznih delov - roženice, beločnice in šarenice. Res je, problem integracije pridobljenih delov še ni rešen. Kljub temu je v znanstveni literaturi mogoče najti informacije o presaditvi svetlobno občutljivih celic paličic in stožcev v »sveto svetih« očesa mrežnico, vendar zaenkrat le v eksperimentalnih pogojih.Morda se morajo tkivni inženirji, da bi se končno počutili vsemogočne, le naučiti, kako v laboratoriju poustvariti kompleksne derivate živčnih začetkov.
V vodilnih zahodnih in domačih laboratorijih strokovnjaki poskušajo reproducirati razvoj še enega izjemno težkega organa za obnovitev - zoba. Težave pri njegovem nastanku povzroča dejstvo, da se sestavine zoba razvijejo iz različnih virov: deloma iz derivatov živčnega sistema - živčnega grebena, deloma pa iz epitelne obloge ustne votline. In vitro teh virov dolgo ni bilo mogoče združiti. Do danes so bile v umetnih pogojih delno reproducirane le zgodnje faze razvoja zob. Praviloma brez pomoči telesa ne gre in po fazi laboratorijskega dela je treba prototip bodočega zoba še posaditi v njegovo naravno okolje - alveolo čeljusti (zobno vtičnico) - za popolno "zorenje" strukture tkivnega inženirstva.
Posledično lahko rečemo, da je zadnjih dvajset let zaznamoval nastanek nove veje biologije in medicine - tkivnega inženirstva. Strokovnjaki, ki delajo na tem področju, imajo resnično edinstvene lastnosti. Biti morajo enako zdravniki in biologi ter imeti tudi veščine kirurga. Teh zdaj ne pripravljajo nikjer, vsaj pri nas. Praviloma so tkivni inženirji entuziasti, ki so si zadali cilj, da bodo pravljico iz otroštva spremenili v resničnost. Univerzalni človeški problem, s katerim se ukvarjajo, še zdaleč ni rešen. Vsako leto več sto tisoč ljudi po vsem svetu umre zaradi kroničnih bolezni, ne da bi dočakali na življenjsko pomembno presaditev organa darovalca. Danes očitno ni znanstvenikov, ki bi zanikali, da je tkivno inženirstvo medicina prihodnosti, katere uspehi so izjemnega pomena za vse človeštvo. Toda hkrati je težko najti takšnega specialista, ki bo vse brezpogojno pozival k zdravljenju z metodami tkivnega inženirstva, preveč je vprašanj in nerešenih problemov, s katerimi se sooča to zelo obetavno področje znanja.
Sorodna spletna mesta
www.celltranspl.ru Spletna stran "Celične tehnologije v medicini". Tu se nahaja tudi elektronska revija "Cell transplantation and tkivni inženiring".
www.gemabank.ru Spletna stran banke matičnih celic Gemabank je namenjena shranjevanju in uporabi popkovnične krvi.
organprint.missouri.edu Stran znanstvene skupine z Univerze v Missouriju, ZDA, posvečena umetnim organom, natisnjenim na specializiranem tiskalniku.