نقش حیاتی Nephrons کلیه در سلامت انسان

هر کلیه انسانی تقریباً یک میلیون (FLT:0، واحدهای عملکردی میکروسکوپی مسئول فیلتر کردن خون، دفع مواد مغذی ضروری و دفع محصولات زائد کلیه به عنوان کاهش مایع و الکترولیت، تنظیم فشار خون، و حمایت از تولید سلول های قرمز از طریق مواد مغذی ضروری، و جلوگیری از مصرف مواد زائد به دلیل بیماری های مزمن، به علت کاهش شدید، یا کاهش آلودگی های التهابی، به علت کاهش شدید، آسیب می رسانند.

محدودیت های موجود کلیه جایگزین Therapies

کاهش پیوند و ریسک های رد

پیوند کلیه استاندارد طلایی برای درمان ESRD است، ارائه بقای برتر و کیفیت زندگی در مقایسه با دیالیز.با این حال، تقاضای جهانی برای کلیه های اهدا کننده به دور از دسترس خارج از محدوده - فقط در حدود یک در سه بیمار در لیست انتظار در ایالات متحده دریافت پیوند هر ساله، حتی زمانی که یک عضو سازگار پیدا شده است، گیرندگان باید داروهای ضد ایمنی مادام العمر برای جلوگیری از رد شدن، که از آن جلوگیری از افزایش خطر و عوارض سمی.

دیالیز: نجات دهنده اما من یک جایگزین کامل هستم

Hemodialysis و دیالیز می توانند محصولات زائد و مایعات اضافی را حذف کنند، اما نمی توانند طیف کامل عملکرد کلیه را تکرار کنند. بیماران در تجربه دیالیز کیفیت زندگی، عوارض قلبی عروقی و میزان بقای پنج ساله تنها حدود 35 تا 40 درصد را کاهش می دهند. علاوه بر این، دیالیز به نقش های Endocrine و متابولیک کلیه مانند فعال سازی ویتامین D و تولید roperytin اشاره نمی کند.

با توجه به این محدودیت ها، پزشکی احیا کننده و مهندسی بافت جایگزین تحول پذیر را ارائه می دهند. D bioprinting of کلیه phrons با هدف ایجاد ساختارهای بافت عملکردی، پیوند پذیر که در نهایت می تواند جایگزین نیاز به ارگان های اهدا کننده یا دیالیز شود.

وعده چاپ سه بعدی برای مهندسی Nephron

بیوتکنولوژی سه بعدی باعث می شود که رسوب لایه به لایه سلول های زنده، مواد زیستی و عوامل رشد برای ساخت ساختارهای بافت مانند با سازمان فضایی دقیق، بر خلاف روش های مهندسی بافت سنتی که به داربست های کاشته شده با سلول ها متکی است، بیو چاپ اجازه می دهد تا برای ایجاد معماری های پیچیده، بیمار خاص که شبیه سازی آناتومی بومی است.

اجزای کلیدی یک Nephron Bioprinted Nephron

یک نکت عملکردی نیاز به انواع سلولی چندگانه در هندسه های خاص دارد: podocytes glomerular، سلول های ⁇ al وانکول، حلقه سلول های هندل و جمع آوری سلول های لوله، هر بخش حمل و نقل و تصفیه متمایز را انجام می دهد. این سازه چاپ شده همچنین باید یک شبکه عروقی را برای عرضه اکسیژن و مواد مغذی و حذف زباله - چالش عمده مهندسی ادغام کند.

پیشرفت های اخیر در فرمول بیوکوکین امکان چاپ این انواع سلول های متنوع با قابلیت بالا را فراهم کرده است. هیدروگل ها از اجزای ماتریس اضافی طبیعی مانند کلاژن، مورفین متافیلیل اضافی (GelMA)، و آلجینات ارائه یک محیط میکرو حمایتی است که ترویج یک سلول، و محققان تمایز زیستی، که همچنین نشانه های اضافی را حفظ کرده اند.

آینده: Vascularization Hurdles

یکی از مهمترین موانع در چاپ زیستی بدن اطمینان از عرضه خون کافی در سراسر ساختمان است. Nephrons با خازن های Peritubular احاطه شده است که جذب و ترشح را بدون تبخیر عملکردی تسهیل می کند، بافت چاپ شده ضخیم تر از چند صد میکرون از هیپوکسی و نcrosis رنج می برد.

برای پرداختن به این، دانشمندان استراتژی های co-printing را که سلول های endothelial را در کنار پیش نویس های Nephron استفاده می کنند، به کارگیری تکنیک هایی مانند نوشتن co-Discrificial Writing [FLT 1] یا چاپ اجازه می دهد تا ایجاد شبکه های میکرو کانال متصل که می تواند با سلول های endothelial برای شکل دادن به نمونه زیست شناسی پیوند داده شود.[۲۳]

پیشرفت های اخیر در عملکرد Nphron 3D-Printed

قابلیت های فیلتر کردن اثبات شده-Concept

در سال 2019، محققان موسسه Wyss هاروارد اولین مدل پروکسیمال bioprinted Proximal Wiule را گزارش کردند که حمل و نقل فعال از آلبومین و گلوکز را نشان داد. و لوله های چاپی با سلول های ⁇ ال اولیه انسانی پوشانده شدند و عملکرد مانع را تا 30 روز در فرهنگ حفظ کردند.

یک مطالعه برجسته منتشر شده در ] پیشرفت علم ] (20۲۱] ساخت یک کلیه-در تراشه با نفرون چاپ شده و محفظه های عروقی که واکنش های سمی ناشی از مواد مخدر را بازسازی می کنند، توصیف کرد، این مدل ها اکنون برای غربالگری دارویی استفاده می شوند، اما همان تکنیک های زیستی ساخته شده برای پیوند درمانی سازگار هستند.

ادغام Nephrons سلول های بنیادی

سلول های بنیادی تقویت شده (iPSCs) منبع نامحدودی از سلول های کلیه خاص بیمار را ارائه می دهند. با متفاوت کردن iPSC ها به سلول های پروتیانت نفرون، محققان موفق به چاپ glomeruli و وانول هایی شده اند که نشانگرهای enotype بالغ را بیان می کنند.در سال 2022، یک تیم از دانشگاه واشنگتن که نشان داده اند که iphCcular می تواند به سلول های جراحی اولیه آلوده شود، که در آن ها آلوده شود و لوله های جراحی شده اند.

در حالی که این نتایج امیدوار کننده هستند، ساختارهای چاپی کوچک (در مقیاس متوسط) باقی مانده و فاقد سازمان ماکروسکوپی مورد نیاز برای جایگزینی کامل کلیه هستند. مقیاس تا سازه های اندازه انسانی در حالی که حفظ قابلیت زیست سلولی و عملکرد نشان دهنده چالش بزرگ بعدی است.

Bio Materials و Bioinks: بنیاد چاپ

موفقیت چاپ نفرون به شدت به خواص مکانیکی و بیوشیمیایی بیوکتیک بستگی دارد.ک های آلیتیک ایده آل باید قابل چاپ (تحریم، اتصال سریع)، سازگار با سیتو و قادر به حمایت از عملکرد بلند مدت هستند:

  • چاپ چند ماده با استفاده از چاپ های میکروفلوئیدیک که بین هیدروژل های مختلف سلول تغییر می کند.
  • ] [[[[[ ]FLT:1]] - [[[ ] ]] که قدرت مکانیکی را بدون به خطر انداختن منافذ تقویت می کند.
  • بیوکیک سولیک [FLT 1] که اجازه می دهد ژل برگشت پذیر، امکان گسترش سلول های بهتر و بلوغ بافت پس از چاپ.

آژانس های تامین مالی خارجی مانند موسسات ملی بهداشت (NIH) توسعه بیوکک را برای مهندسی بافت کلیه اولویت داده اند، با چندین کارآزمایی بالینی در مراحل اولیه که بافت کلیه چاپ شده برای ایمنی و ایمنی در مدل های حیوانی را ارزیابی می کنند.

پذیرش و ادغام میزبان

حتی اگر نفون های کاملا کاربردی بتوانند چاپ شوند، سیستم ایمنی ممکن است آنها را رد کند مگر اینکه از سلول های خود بیمار مشتق شده باشند. سازه های مشتق شده از iPSC از نیاز به سرکوب ایمنی جلوگیری کنند، اما سلول های متمایز باید خالص و آزاد از پتانسیل توموری باشند. محققان استراتژی های ویرایش ژن (به عنوان مثال، سرطان زا) را بررسی می کنند که می تواند خطوط کمک کننده را از بین ببرد.

علاوه بر این، بافت چاپ شده باید اتصالات بادوام با vasculature و مجاری ادراری ایجاد کند.تکنیک های جراحی برای آنژیوتوموز aastomosis پیوند کلیه زیستی چاپ شده در حال توسعه است، با استفاده از کاف های زیست شناختی و جوشکاری لیزر به کمک مطالعه در io [F] [F شیمیائی] موفق به ارتباط با جریان خون آلوده شده است.

چارچوب اخلاقی و نظارتی

مسیر ترجمه بالینی از phronهای کلیه 3D چاپ شده شامل نظارت دقیق است. تنظیم کننده های مانند FDA در حال توسعه دستورالعمل هایی برای محصولات ترکیبی هستند که شامل سلول ها، بیو مواد زیستی و تجهیزات چاپ می شوند. ملاحظات کلیدی شامل اطمینان از انعطاف پذیری، تکثیر دسته به دسته، و نظارت طولانی مدت برای تشکیل تومور یا عوارض ایمنی.

بحث های اخلاقی همچنین بر روی منبع سلول ها (در مقابل iPSC)، عدالت دسترسی به درمان های پیشرفته و پتانسیل عواقب ناخواسته مانند سوء استفاده از تکنولوژی بیوتکنولوژی برای افزایش تعامل عمومی شفاف و بودجه قوی برای نوآوری مسئول ضروری است.

منابع خارجی مانند موسسه ملی دیابت و بیماری های گوارشی و کلیوی (NIDDK) ارائه می دهد مروری دقیق از اولویت های تحقیقات کلیه فعلی.

مسیرهای آینده: از آزمایشگاه به Bedside

مقیاس پذیر Bioprinting Platforms

شرکت های صنعتی زیستی قادر به ساخت سازه های با اندازه اندام با وضوح میکرون در حال حاضر در حال ظهور هستند، شرکت هایی مانند CELLINK و آلیو پرینتر تجاری را توسعه داده اند که می تواند چندین نوع سلول را به طور همزمان ذخیره کند و آنها با مراکز دانشگاهی برای تسریع تولید بافت کلیه همکاری می کنند.

ادغام الکترونیک و سنسورها

آینده چاپ شده نفرون ها ممکن است سنسورهای الکترونیکی را برای نظارت بر میزان تصفیه، تنش اکسیژن و انتشار بیومارکر در زمان واقعی ترکیب کنند، چنین پیوند کلیه های "هوشمند" می تواند پزشکان را به نشانه های اولیه رد یا اختلال در زمان مناسب هشدار دهد.

ترکیب با ژن درمانی

اگر نفرون های چاپی از سلول های بیمار که جهش های بیماری کلیوی ژنتیکی دارند، استخراج ژن قبل از چاپ می تواند نقص را تصحیح کند. Ex vivo اصلاح (FLT:0)PKD1 جهش در بیماری های کلیوی پلی کیستیک، به عنوان مثال، در مدل های ارگانوئیدی نشان داده شده و می تواند به سازه های زیستی چاپ شده ترجمه شود.

نتیجه گیری

چاپ سه بعدی از نوفرون کلیه دیگر یک فانتزی دور نیست، اما یک میدان به سرعت با نقاط عطف ملموس است، در حالی که کلیه های مهندسی شده کاملا کاربردی، احتمالا یک دهه یا بیشتر دور هستند، پیشرفت اخیر در vascularization، زیست شناسی سلول بنیادی و طراحی بیوک هدف را به نزدیک تر کرده است.