Ключевые слова: тканевая инженерия, 3d-печать.
Медицина — это очень древняя профессия. Она зародилась с самых обычных отклонений от здоровых параметров, и развилась до неисправимых мутаций. На сегодняшний день человечеству известно более 50000 заболеваний.
Существует множество классификаций заболеваний, одни из которых по способам их лечения — огромную группу заболеваний можно лечить с помощью восстановления или замены поврежденных патологией тканей и органов. К таким способам относят: трансплантацию, протезирование и тканевую инженерию.
Трансплантация — это пересадка органов и тканей.
Протезирование — это замена утраченных или необратимо поврежденных частей тела искусственными заменителями — протезами.
Клеточная и тканевая инженерия — последнее достижение в области молекулярной и клеточной биологии. Является трамплином для создания эффективных биомедицинских технологий, с помощью которых, возможно восстановление поврежденных тканей и органов и лечение ряда тяжелых метаболических заболеваний человека. Тканеинженерная конструкция должна соответствовать тем же характеристикам что и живые ткани: возможность самовосстановления; поддержание кровоснабжение; изменять строение и свойства в ответ на окружающую среду.
Цель тканевой инженерии — конструирование и выращивание вне организма человека живых, функциональных тканей или органов для последующей пересадки человеку вместо замены поврежденных органа или ткани или для их восстановления. На месте дефекта должна быть восстановлена трехмерная структура ткани.
Трансплантируемый участок ткани устраняет как физические, так и механические недостатки, выполняет биологические функции «поломанной» ткани. [1]
Актуальность данного метода отображается в статистике за 2018 год, где указанно ежегодное осуществление в мире 100800 пересадок цельных органов, 69 400 пересадок почек, 20200 пересадок печени, 5400 пересадок сердца, 3400 пересадок легких и 2400 пересадок поджелудочной железы.
Создание тканеинженерных конструкций — это сложный пошаговый процесс.
Первый шаг заключается в получении модели нужной ткани. С помощью КТ, МРТ и рентгена узнается структуру ткани, а с помощью забора биологического материала создаются матриксы и стволовые клетки.
Матрикс — это специальный носитель необходимый для направления организации, поддержания роста и дифференцировки клеток в процессе реконструкции поврежденной ткани. Матрикс представляет собой трехмерную сеть, похожую на губку или пемзу. Он должен соответствовать таким критериям как: удобность в использовании, рассасывание, низкая антигенность, не вызывать воспаления, при разрушении не выделять токсических продуктов.
Второй шаг состоит из трех последующих этапов:
Первый этап — Биомимикрия (изготовление идентичных копий клеточных и внеклеточных компонентов ткани или органа. Этого можно достичь путем создания определённых клеточных компонентов ткани или биоматериалов, физиологически соответствующих данной ткани. Введение биомиметических компонентов в биопечатные конструкции может позитивно повлиять на соединение, миграцию, пролиферацию и функционирование как эндогенных, так и экзогенных клеток.
Второй этап — автономная самосборка — ранние клеточные компоненты развивающейся ткани производят свои собственные элементы внеклеточного матрикса, приобретают сигнальные системы, организацию и характеристики, обусловливающие желаемую микроархитектуру и функции
Третий этап — Построение тканевых мини-блоков — Органы и ткани будут состоять из небольших функционирующих блоков, так называемых «мини-тканей» — наименьших структурных и функциональных компонентов ткани. Мини-ткани могут быть объединены в конструкции большего размера как оптимальным предварительным размещением, так и без стороннего вмешательства.
Третий шаг заключается в подборке вида носителя. Всего существует три вида носителей:
Биологические — натуральные полимеры, имеющие высокую биосовместимость. Ярким примером биологических носителей являются скафоллды — биологический каркас, который заселяется стволовыми клетками (трахея свиньи); синтетические — ненатуральные материалы, заменяющие натуральные полимеры. Такие материалы не всегда имеют биосовместимость. Примером синтетических носителей являются графты — печатные органы и ткани; внеклеточный матрикс — многокомпонентная субстанция, в которую погружены все клетки нашего организма.
Четвертый шаг — это выбор клетки. В данном случае выбор между дифференцированными клетками и стволовыми. Дифференцированные клетки — это зрелые клетки определенной ткани, которые могут быть взяты непосредственно от организма-донора. А стволовые клетки — недифференцированные, они имеют способность к делению, самообновлению и дифференцировке в различные типы специализированных клеток под воздействием конкретных биологических стимулов. [2]
Пятый шаг — это непосредственно биопечать. Существует три метода биопечати. Это:
А) Струйная печать, плюсы которой в ее низкой стоимости и массовом производстве; а минусы в том, что возможен неточный выброс капель и закупорка распыляющего сопла с гибелью клеточного материала; печать не подходит для вязких материалов; возможно восстановление только костной, хрящевой ткани, мышц и кожи;
Б) Микроэкструзия — используется пневматическая подача материала в подвижную головку-экструдер, которая плотно укладывает клетки. Минусом данной печати является более высокая смертность клеток, чем при струйной печати.
В) Лазерная печать- четкая укладка биоматериала вплоть до отдельных клеток. Минусы данной печати — высокая цена и повышение содержание металла в клетках.
Шестой шаг — это применение ткнеиженерных конструкций. Он состоит из трех этапов:
Дозревание (рост клеток и их созревание в биореакторе); имплантация (на примере костных тканей: имплантируют биоактивные стекла — это стеклокерамические поверхностно активные биоматериалы, это приводит к образованию на поверхности этого биоматериала костных образований, рост которых возможно регулировать с помощью этих стекол); Тестирование in Vitro (тестирование выросшей ткани на реакции к различным факторам).
Тканеинженерные конструкции — это совершенно новый и уникальный метод лечения. Несмотря на все достижения, этот метод имеет множество не раскрытых и неизученных сторон.
Литература:
- Тканевая инженерия на наноструктурированных матрицах. — Текст: электронный // studwood.ru: [сайт]. — URL: https://studwood.ru/1656522/informatika/tkanevaya_inzheneriya_nanostrukturirovannyh_matritsah
- Тканевая инженерия — окно в современную медицину. — Текст: электронный // biomolecula.ru: [сайт]. — URL: https://biomolecula.ru/articles/tkanevaia-inzheneriia-okno-v-sovremennuiu-meditsinu
