总结

组织工程是一个广泛的跨学科领域,在再生医学、药物发现和疾病病理学方面都取得了重大进展。虽然组织工程(TE)在实践中是复杂和高度可变的,但TE范式依赖于三个基本步骤,即脚手架、播种和刺激。

组织工程范式

范式是从一组特定的理论、方法和标准中提取的模型。组织工程范式包括了从历史和未来开始培养体外活组织的努力。例如,开发一个功能器官,如心脏,需要多种类型的细胞与特定时间的化学和物理信号相互作用,所有这些都是在一个复杂而微妙的3D框架(1)。

第1步:脚手架新的组织形状和结构

脚手架是技术上复杂的TE范例组件。支架应密切复制天然组织的精细结构特征。它还必须在不引起不良反应的情况下促进细胞粘附、扩散和成熟(2)。陶瓷是支架硬组织的常见选择,而生物相容性聚合物或凝胶用于软组织,新的支架材料仍在开发和发现中(2)。渥太华大学的一个研究小组甚至建议使用苏打面包作为一种成本效益且易于生产组织脚手架(3)

步骤2:用活细胞植入支架

对于再生药物,细胞应与人患者分离而不是动物模型(1)。细胞源可以是来自同一组织的成年母细胞,例如来自活组织检查的皮肤细胞可用于种子Te皮肤移植物(2)。然而,成年细胞的生长缓慢,难以分离,并且与其功能强烈特异性(1)。干细胞更通用,因为它们是自更新的,它们可以分化为多个细胞类型(2)。长期以来,胚胎干细胞是未分化细胞的唯一来源,但最近发现证明了一些成年细胞类型也可以再回到干细胞(1,4)。这些诱导的多能干细胞(IPSC)目前用于组织工程,药物发现和许多组织类型(4)的疾病研究。

第3步:用生理化学刺激发送正确的信号

体内细胞在彼此恒定接触以及它们的外部环境。化学信号如Ca的流入2+为了引发肌肉收缩和像温度活化的免疫细胞(5)的物理信号具有强烈的诱导效果,帮助我们的组织起作用。由已知和未知的生物化学刺激控制的其他过程包括跨膜和细胞形状,大小,生长和死亡的进出口(2)。在生物反应器中孵育TE构建体,即调节匹配体内动态环境的条件可以给工程师对组织开发进行微调控制(2)。

把它们放在一起

在TE模式显著进步包括给出了细胞培养条件(图2,3)的更大控制新颖的支架材料的发展,诱导多能干细胞的出现,和生物反应器技术。然而,挑战依然存在于所有三个步骤TE范式,从模仿生物系统的极度复杂性在很大程度上制止。组织工程是一个迅速发展的领域,并组织工程范例很可能是在新一代生物人工肝科学中心几年来。

参考文献

  1. 贝尼姆,K.G.,Dauth,S.,Hassell,B。等等。体外工程疾病模型。安努。Rev. Pathol。机械。解释。10(2015),195-262。https://doi.org/10.1146/annurev-pathol-012414-040418
  2. Caddeo,S.,Boffito,M.,萨托利,S.组织工程方法在健康的设计和病理体外组织模型。前面。Bioeng。Biotechnol。5:40(2017),1-40。https://doi.org/10.3389/fbioe.2017.00040
  3. 福尔摩斯,JT。等。自制面包:利用古老的技术降低成本体外组织工程。生物奇(2020).https://doi.org/10.1101/2020.11.13.353698
  4. 高桥,山中。小鼠胚胎和成纤维细胞培养多能干细胞的诱导。细胞。126:4(2006)663-676。https://doi-org.oca.ucsc.edu/10.1016/j.cell.2006.07.024
  5. 美国社会联合会进行实验生物学。体温升高有助于某些类型的免疫细胞,以更好地工作,有证据表明。《科学日报》。(2011)。从...获得https://www.sciencedaily.com/releases/2011/11/111101130200.htm