Az emberi test rendkívül hatékony a szövetek és szervek regenerálására, és az emberi szövetek és szervek elvesztése könnyen előfordulhat olyan dolgok miatt, mint veleszületett hibák, betegségek és hirtelen trauma. Amikor a szövet elhal (úgynevezett nekrózis), nem lehet újra életre kelteni - ha nem távolítják el vagy nem javítják meg, akkor a test más területeire is hatással lehetnek, például a környező szövetekre, szervekre, csontokra és bőrre.
Itt hasznos a szövettechnika. Biomédia (anyag, amely kölcsönhatásba lép a test biológiai rendszereivel, például sejtekkel és aktív molekulákkal) felhasználásával funkcionális szövetek hozhatók létre, amelyek elősegítik a sérült emberi szövetek és szervek helyreállítását, helyreállítását vagy pótlását.
Cavan Images / Getty ImagesRövid történelem
A szövettechnika az orvostudomány viszonylag új területe, a kutatás csak az 1980-as években kezdődött. A Yuan-Cheng Fung nevű amerikai biomérnök és tudós javaslatot nyújtott be a Nemzeti Tudományos Alapítványhoz (NSF) egy kutatóközpontnak, amelyet az élő szöveteknek szentelnek. Fung átvette az emberi szövet fogalmát, és kiterjesztette azt a sejtek és szervek közötti élő szervezetekre.
Ezen javaslat alapján az NSF a „szövettechnika” kifejezést jelölte meg annak érdekében, hogy új tudományos kutatási területet alkosson. Ennek eredményeként alakult meg a Tissue Engineering Society (TESue), amely később a Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society (TERMIS) néven alakult.
A TERMIS mind az oktatást, mind a kutatást elősegíti a szövetmérnöki és a regeneratív orvoslás területén. A regeneratív orvoslás egy tágabb területre utal, amely mind a szövetek tervezésére, mind az emberi test öngyógyító képességére összpontosít, hogy helyreállítsa a szövetek, szervek és emberi sejtek normális működését.
A szövettechnika célja
A szövetépítésnek néhány fő feladata van az orvostudományban és a kutatásban: segít a szövetek vagy szervek helyreállításában, beleértve a csontok helyreállítását (meszes szövetek), a porcszövetet, a szívszövetet, a hasnyálmirigy szövetét és az érszövetet. A terület az őssejtek viselkedését is kutatja. Az őssejtek sokféle sejtté fejlődhetnek, és segíthetnek a test területeinek helyreállításában.
A szövetmérnöki terület lehetővé teszi a kutatók számára, hogy modelleket alkossanak a különböző betegségek, például a rák és a szívbetegségek tanulmányozására.
A szöveti technika 3D jellege lehetővé teszi a tumor építészetének pontosabb környezetben történő tanulmányozását. A szövettechnika olyan környezetet is biztosít, hogy teszteljék a lehetséges új gyógyszereket ezeken a betegségeken.
Hogyan működik
A szövetmérnöki folyamat bonyolult. Ez magában foglalja egy 3D funkcionális szövet kialakítását, amely elősegíti a test szövetének vagy szervének helyreállítását, pótlását és regenerálódását. Ehhez a sejteket és a biomolekulákat állványokkal kombinálják.
Az állványok mesterséges vagy természetes szerkezetek, amelyek utánozzák a valódi szerveket (például a vese vagy a máj). A szövet ezeken az állványokon nő, hogy utánozza a cserélendő biológiai folyamatot vagy szerkezetet. Ha ezeket együtt építjük fel, új szövetet tervezünk, hogy megismételje a régi szövet állapotát, amikor az nem volt károsodott vagy beteg.
Állványok, sejtek és biomolekulák
Az állványokat, amelyeket általában a test sejtjei hoznak létre, fel lehet építeni olyan forrásokból, mint a test fehérjéi, az ember által készített műanyagok, vagy egy létező állványból, például egy donor szervből. Egy donor szerv esetében az állványt a páciens sejtjeivel kombinálva testreszabható szerveket vagy szöveteket állítanak elő, amelyeket a beteg immunrendszere valószínűleg elutasít.
Függetlenül annak kialakulásától, ez az állványszerkezet küldi az üzeneteket a sejteknek, amelyek segítenek a test sejtfunkcióinak támogatásában és optimalizálásában.
A megfelelő sejtek szedése a szöveti technika fontos része. Az őssejteknek két fő típusa van.
Az őssejtek két fő típusa
- Embrionális őssejtek: embriókból származnak, általában petesejtekből, amelyeket in vitro megtermékenyítettek (a testen kívül).
- Felnőtt őssejtek: megtalálhatók a testben a szabályos sejtek között - szaporodhatnak sejtosztódással, hogy feltöltsék a haldokló sejteket és szöveteket.
Jelenleg rengeteg kutatást végeznek pluripotens őssejtekkel is (olyan felnőtt őssejtek, amelyek viselkedését indukálják, mint az embrionális őssejtek). Elméletileg korlátlan mennyiségű pluripotens őssejt található, és ezek használata nem jár az emberi embriók elpusztításának kérdésével (ami etikai problémát is okoz). Valójában a Nobel-díjas kutatók közzétették a pluripotens őssejtekkel és felhasználásukkal kapcsolatos eredményeiket.
Összességében a biomolekulák négy fő osztályt tartalmaznak (bár vannak másodlagos osztályok is): szénhidrátok, lipidek, fehérjék és nukleinsavak. Ezek a biomolekulák segítik a sejtek szerkezetének és működésének felépítését. A szénhidrátok segítik az olyan szerveket, mint az agy és a szív, valamint az olyan rendszerek, mint az emésztőrendszer és az immunrendszer.
A fehérjék antitesteket biztosítanak a baktériumok ellen, emellett strukturális támaszt és testmozgást biztosítanak. A nukleinsavak DNS-t és RNS-t tartalmaznak, így genetikai információkat adnak a sejteknek.
Orvosi felhasználás
A szöveti technikát nem használják széles körben a betegek gondozásában vagy kezelésében. Néhány esetben szövettechnikát alkalmaztak bőrátültetéseknél, porcjavításnál, kis artériáknál és hólyagoknál a betegeknél. A szöveti úton előállított nagyobb szerveket, például a szívet, a tüdőt és a májat azonban még nem alkalmazták a betegeknél (bár laboratóriumokban hozták létre őket).
A szövetkezelés betegeknél történő alkalmazásának kockázati tényezőjén kívül az eljárások rendkívül költségesek. Bár a szöveti technika hasznos az orvosi kutatás során, különösen az új gyógyszerkészítmények tesztelésekor.
Az élő, működő szöveteknek a testen kívüli környezetben történő felhasználása segít a kutatóknak a személyre szabott orvoslás terén elért eredményekben.
A személyre szabott orvoslás segít meghatározni, hogy egyes gyógyszerek genetikai felépítésük alapján jobban működnek-e bizonyos betegeknél, valamint csökkenti az állatok fejlesztésének és tesztelésének költségeit.
Példák a szövetmérnöki munkára
Az Országos Biomedicinális Képalkotási és Biomérnöki Intézet által végzett legújabb szövettechnológiai példa egy emberi májszövet tervezését foglalja magában, amelyet aztán egérbe ültetnek be. Mivel az egér a saját máját használja, az emberi májszövet metabolizálja a gyógyszereket, utánozva, hogy az emberek hogyan reagálnának az egéren belüli bizonyos gyógyszerekre. Ez segít a kutatóknak meglátni, hogy milyen lehetséges gyógyszerkölcsönhatások lehetnek egy bizonyos gyógyszerrel.
A szövetek beépített hálózattal történő fejlesztése érdekében a kutatók olyan nyomtatót tesztelnek, amely vaszkuláris hálózatot állít elő cukoroldatból. Az oldat addig képződik és megkeményedik a mesterséges szövetben, amíg a vér hozzá nem kerül a folyamathoz, az ember által létrehozott csatornákon keresztül haladva.
Végül a páciens veséinek regenerálása a páciens saját sejtjeivel az Intézet másik projektje. A kutatók a donor szervek sejtjeit használták fel biomolekulákkal és egy kollagén állvánnyal (a donor szervből), hogy új veseszövetet termesszenek.
Ezt a szervszövet működését (például tápanyagok felszívódását és vizeletképződést) tesztelték a patkányokon kívül és belül egyaránt. A szöveti technika ezen a területen elért előrehaladás (amely hasonlóan működhet az olyan szerveknél is, mint a szív, a máj és a tüdő) segíthet a donorhiányban, valamint csökkentheti a szervátültetett betegek immunszuppressziójával járó betegségeket.
Hogyan viszonyul a rákhoz
Az áttétes daganatnövekedés az egyik oka annak, hogy a rák vezető halálok. A szöveti technika előtt a daganatos környezetek csak a testen kívül hozhatók létre 2D formában. Most a 3D-s környezetek, valamint bizonyos biomasszák (például a kollagén) kifejlesztése és felhasználása lehetővé teszik a kutatók számára, hogy a daganat környezetét egészen egyes sejtek mikrokörnyezetéig lássák, hogy mi történik a betegséggel, ha a sejtekben bizonyos kémiai összetételek megváltoznak .
Ily módon a szövettechnika segít a kutatóknak megérteni mind a rák progresszióját, mind azt, hogy egyes terápiás megközelítések milyen hatással lehetnek az azonos típusú rákos betegekre.
Míg előrehaladás történt a rák tanulmányozásával a szöveti technika segítségével, a daganat növekedése gyakran új erek kialakulását okozhatja. Ez azt jelenti, hogy a szövettechnika a rákkutatással elért előrehaladása ellenére is lehetnek olyan korlátozások, amelyeket csak úgy lehet kiküszöbölni, ha a megtervezett szövetet élő szervezetbe ültetjük be.
A rákos megbetegedésekkel azonban a szöveti technika segíthet megállapítani, hogy ezek a daganatok hogyan alakulnak ki, milyeneknek kell lenniük a sejtek normális kölcsönhatásainak, valamint hogy a rákos sejtek hogyan növekednek és áttétet képeznek. Ez segít a kutatóknak olyan gyógyszerek tesztelésében, amelyek csak a rákos sejtekre hatnak, szemben az egész szervvel vagy testtel.
