The Unmet Need for Functional Vascularization in Liver Tissue Engineering

מחלת Liver מהווה כ-2 מיליון מקרי מוות בשנה ברחבי העולם, תוך יצירת דרישה דחופה לטיפולים אלטרנטיביים מעבר להשתלת כלל-אורגן. בעוד כבדי כבד מוניצין מייצגים פתרון מבטיח, השדה פגע שוב ושוב בצוואר בקבוק קריטי: תיקון ה-Ortative של איבר & #8217; vasate vascularation ללא אספקת דם פונקציונלית, מבנים ממונדסים לא יכולים לקיים את הפעילות המטבולית הנדרשת לרלוונטיות כמעט לכל רכיב קליני הדורשת כמעט את תפקוד סימנואידים.

הכבד מקבל כ-25% מפלט לב באמצעות מערכת אספקת דם כפולה, עם דלפק פורטל המספק דם עשיר מזין מן מערכת העיכול ואת עורק hepatic אספקת דם מחמצן. שני זרמים אלה מתערבבים בתוך הסינוסאידים, יצירת סביבה hemoדינמית ייחודית התומכת באיברים ו- #8217; מבנים מטבוליים של עבודה מטבולית חייב לשכפל לא רק את הפריסה מבנית של כלי זו, אלא גם את ה-תרגול הזה, אשר מתחיל פונקציונליות מורכבות, החל פונקציות biopatation.

הבנת חיים סינזואידים: מבנה פוגש את הפונקציות

Liver Synoids הם ערוצים מיוחדים פולשניים המדהים כ 5-10 מיקרומטר בקוטר אשר נבדלים ביסודו מ capillaries שנמצאו באיברים אחרים. התכונה שלהם המבדילה ביותר שלהם היא ההמולה הבלתי נגמרת, המאופיינת על ידי nestrae - psocellulres 100-200 ננומטרים בקוטר - מסודרים במקבץ הידוע בשם צלחות sieve.אדריכלות ייחודית זו מאפשרת החלפת חינם של לימפופרוטאינים, בין מוצרי מיקרו-פטרון, לבין מיקרוסקופיים, בין השפכים, לבין חלבונים זעירים, לבין מיקרוסקופיים, בין חללים מיקרוסקופיים, בין השפכים, בין השפכים, לבין מיקרוסקופיים של מיקרוסקופיים של חללי הדם למיקרו-מיים מיקרוסקופיים, בין השפכים, בין השפכים.

חשוב באותה מידה לתפקוד הסינוסאידים הם קצה קצה קצה האנדיום & #8217; סוגים תאים הקשורים תאים. תאים hepatic stellate שוכנים בתוך החלל של Disse ו לווסת את הטון הסינוסאידים באמצעות מנגנונים החוזה, בעוד תאים Kupffer קו הסינוסאידים כמו מקרופילים עמידים אחראי למעקב חיסוני וניקוי של פתוגניים מוצלחים כל תגובה ביולוגית יעילה כדי למנוע את האינטגרציה של תאים אלה.

האדריכלות הפיזית של סינוסאידים גם מכתיבה את ⁇ החמצן המבססת את האכיפה המטבולית לאורך ציר הפורטל-ל-מרכזי.הפטיוטיקה של פריפורטל (Perportal hepatocytes) חווה מתח חמצן גבוה יותר ומעדיפים לבצע חילוף חומרים חמצן חמצון שלילי, בעוד hepatocytes peric Reic Recinic של רשתות מיקרוסקופיות של DGMAFreditic DUS) אשר יכולות לשחזר את ה-DVateic Recapic של פונקציות של DGMAF17-REDVENFDUMFDUMFDNS (D) של ⁇ i) של ספקטרום של ⁇ iFD) באמצעות ספקטרום ה-DIC DIRSTFD) של תרופות (D) והתמחות ב-DMACDCDMAD) של פונקציות: DVENFDERDERDNSDNSDICERDNSDNS (D) של מערכות בקרה נמוכה יותר מ-DNS (DNSDNSDNS DIRSTFVMAFVENFVMAFVMAC) ⁇ FVENFVMAC) ⁇ FD) ⁇ FVDV

אסטרטגיות לתפקוד יעיל Sinusoid Formation

טכניקות מתקדמות למיקרו-אזור

bioprinting תלת-ממדית התפתחה הרבה מעבר לתדהמת תאים פשוטה.מערכות הדור הנוכחי מעסיקות nozzle extrusion can to Print Sauceular Structures החל מ- capillary-scale to מאקרוvascular Dimension. for Synoid Engineering, החוקרים פיתחו צינורות ג'לטין מודפסים קשיחים של צינורות (GelMA) הידרוג'ל) התמזגו עם חומצה היאלונית כדי ליצור ב-reshotial תמיכה זוכות של 400 תאים אלה.

התפתחות מבטיחה במיוחד כוללת ביו הדפסה מקודשת, שבו צמת פחמימות משקפיים מודפסים ולאחר מכן מתמוססים כדי ליצור מיקרו-ערוצים משובצים. תאים שלמים ותמיכה סוגים תאים מושרשים לאחר מכן לתוך הערוצים האלה באמצעות היתוך.FLT:0Researchers ב- Harvard & #8217; מכון וינס יש מתודולוגיה זו מתודולוגיהFLT:1 כדי להשיג ערוצים קטנים כמו טווח מיקרומטרים של מחזורי של תאים של תאים של תאים, כאשר הם נמצאים בטווח שבין 0.52 ליטרים של תאים של תאים מתואמים, 000 ליטרים של תאים.

פלטפורמות מיקרו-השפעה עבור Shear Stress Conditioning

ה endothelium רגיש מאוד לכוחות מכניים, ו הלחץ laminar הוא תפקיד חיוני ב גרימת הסינוסים הבוגר phenotype. Static Culture תנאים לא לגרום את cascades האות - במיוחד אלה מעורבים בשלב קרופל-כמו חנק 2 (KLF2) ו- Endothalhalal oxide synthase (eS) שמובילה למחזור מחזורי של מחזור מחזורי של תאים עצביים של מחזורי מחזורי מחזוריים ומחזור מיקרוסקופיים רצופים רצופים רצופים רצופים רצופים רצופים רצופים רצופים רצופים רצופים רצופים אלה.

עיצובים אחרונים משלבים ערוצי מקבילה מרובים כדי ליצור ⁇ חמצן לצד פרופילים של שיר, מחקים את המיקרוניום הפילוסופיים שנמצאו בערפיליות כבד ילידיות.TheFLT:0Liver-on-a-Chip Conortium באוניברסיטת פנסילבניהFLT:1 פיתחה מכשיר עם 16 ערוצי סינוסים הקשורים לכל אחד לתאים אנזימים דומים של תאים זכריים לאחר ספירום של תאים אמיתיים של דלקת כבד.

המונחים: induced Pluripotent Stem Cells into Sinusoidal Endothelium

הזמינות של מקורות תאים אוטוביוגרפיים נותרה מחסום קריטי לתרגום קליני של בניית כבד. induced pluripotent תאי גזע (iPSCs) מציעים פתרון תיאורטי אבל דורש פרוטוקולים שונים מדויקים כדי ליצור את תת-סוגים מסוימים של endotalial הדרושים עבור היווצרות סינוסים.פרוטוקולים ספציפיים סטנדרטיים לייצר תאים אנדרטאליים גנריים כי אין את הטיפו המותאמים אישית של סינוסים 3, כולל פרוטוקולים ספציפיים של גירוי זה, כולל דלקת כבד.

לאחר הפניית IPSCs באמצעות מדד mesodermal, התאים נחשפים לגורם הצמיחה של hepatocyte (HGF) ו- vascular endotal Growth factor (VEGF) עם תוספת של אותות חומצה רטיאנית אותות מתאמים מספיקים (HGF) שיפור רמות דלקתיות קטנות של דוקרן-2 ו- VE-1, סמנים ספציפיים לתאי סינוסדליקאל-סולם (EC) אשר אינם מייצגים את המבנים הרפואיים המוגבלים של המשתנים ב-ה-ה-ה-ה-ה-iOSDSquadcdcdcdcdcdcdcdcd) כאשר הם אלה.

הנדסת מטריקס סלולרית ישירה עצמית

הכבד & #8217; ממטריקס חוץ סלולרי (ECM) מספק לא רק תמיכה מבנית אלא גם רמזים ביוכימיים המנחים את הארגון התאי. Bioengineered scaffolds כי recapitulateating את הרכב Native ECM מאפשר תאים endothelial כדי להרכיב לתוך צינורות חד-פעמיים כמו סינוסים, במקום לדרוש ניתוחי לחלוטין של de cell ECMin, לזהות חלבונים ייחודיים ביותר.

(דפוסים מלאים מובנים מייצגים את תקן הזהב של גישות מבוססות ECM, שמירה על אדריכלות הvasculature הילידים למטה לרמה הסינוסאידית.כאשר ⁇ עם עיקרי LSECs ו hepatocytes, אלה מבנים מראים דלקת ריאות פונקציונליות מסוימת על ידי דלקת ריאות פונקציונלית אשר תומכת בלחץ אינפוזיה בתוך טווח פיזיולוגיות סינתטי.

התגברות על ה Hurdles in Sinusoid Maturation and Stability

בעוד שכל אחת מהאסטרטגיות המתוארות הוכיחה הבטחה בבידוד, התרגום הקליני שלהם דורש אתגרים מתמידים הקשורים לבניית יציבות ותפקוד ארוך טווח.אחד המכשולים המשמעותיים ביותר כרוך בתחזוקה של ניכויים ב LSECs התרבותי.In vivo, נטייה של יציבות תלויה איזון דינמי מוסדר על ידי cytoskton reorganization ו-Ro-kinaseing אותות כאשר LS נמצאים במהירות בתוך הסביבה המולקולרית שלהם, הוא מוביל לירידה מהירה של 48 שעות של העוברים.

גישות pharmacologic באמצעות סימולטור סטטינים ו סטטינים אחרים הראו הצלחה חלקית בשמירה על הנטיות על ידי דיכוי פעילות Rho-kinase. בנוסף, תרבות משותפת עם תאים כוכביים hepatic הוכיחה יעילה יותר מכל התערבות פרמצבטית בשמירת צפיפות חללית או תאים מייצבים.

שיקולים אידיאולוגיים עבור בני-התעלים

תגובות אלאימוניות מהוות מחסום נוסף לשימוש ב-LSECs בעלי תאים שמקורם בדחיית כבד מוניצנית.בעוד שתאים אוטולוגיים מסוג IPSC-derived נמנעים באופן תיאורטי מדחייה, העלויות הגבוהות וקווי זמן ייצור ארוכים מגבילים את היישום המעשי שלהם. Allogeneic גישות באמצעות אסטרטגיות למניעת השתלות חיסוניות מצטברות לפתרונות הנדסיים חלופיים.

Cryopreservation של תאים אלה-cloaked עדיין מאתגר, כמו מחזורי קפואה להפחית צפיפות החנק על ידי כ-40% בפרוטוקולים הנוכחיים. קבוצות מחקר במוסדות מרובים חוקרות שיטות גירוד המשלבות trehalose ו- Cryoprotectants אחרים כדי לשפר את הכדאיות שלאחר LSEC.הפיתוח המוצלח של פרוטוקול גילוח יכול לאפשר את הזמינות של רכיבי דלקת כבד-סלמיים דרמטיים.

פלטפורמות סינרגיסטיות ודרכים מתפתחות

ההתקדמות המבטיחה ביותר התפתחה מאסטרטגיות המשלבות גישות מרובות של bioengineering בתוך פלטפורמות מאוחדות.מערכות היברידיות משלבות ביו-הדפסה תלת-ממדית עם פיזור מיקרו-השפעהי מייצגות תחום פעיל במיוחד של חקירה.בפלטפורמות אלה, אלמנטים מבניים מודפסים מספקים את המסגרת האדריכלית בעוד שערוצי מיקרו-השפעה מיקרו-ממדיים מספקים את תנאי זרימתם הדרושים להתבגרות סופית של נתונים קליניים מ-FLT: מחקר משותף בין MIT ל-FLT3 ימים של ייצור רפואי, אשר הוכח כיבודיקאימינלי, ללא שיפור סטטי של 3.

(FLT:0) גישות מבוססות אורגנואיד (FLT:1) מציעים אסטרטגיה משלימה על ידי מינוף היכולת של ארגון עצמי של תאי גזע בשפע לייצר מבנים ניצני כבד המכילים סינוס פונקציונליים.איברים אלה מתפתחים כאשר iPSCs הם מעכבים במשותף עם תאים אנדלוסיים של אנדלוסימיים ותאים mesenshimal, המוביל לארגון עצמי בתוך מסגרת מיקרוסקופית אחת של תאים אלה של תאים סטרוגניים בתוך תאים של תאים סטרוגניים בין-לומיים פעיל.

בהנדסת Vivo ו- Transient Scaffolds

פרדיגמת חלופית צוברת דרכיון כרוכה בהנדסת רקמות vivo, שבו scaffolds decellized או מבנים סינתטיים מושתלים עם הציפייה כי הנמען & #8217; תאים משלהם יהיו פולשניים מחדש את המבנה. Endothlial Colony תאים (ECFCs) להפיץ בדם היקפי כבר רתום למטרה זו. כאשר ביו-גרינרים לבנות כבד דומה מודלים מותאמים לדגמיים עם תאים גלילאונדנטליים אלה.

השימוש של פיגומים דה-דרגתיים כי בהדרגה reמודלים של רקמות מארח מציע יתרונות נוספים לתרגום קליני. Polycaprolactone (PCL) פיגומים מצופים עם גורמי צמיחה heparin-binding תומכים פלישה פולשנית מארחת תוך שמירה על שלמות מכנית עבור 6-8 שבועות לפני ההידרדרות מתחילה.

הדרך לתרגום קליני

הדרך מהצלחה קלינית ליישום קליני עבור בנייה ביו-מנועית מחייבת ניווט של רגולטורים, ייצור, ותגמול אתגרים מקבילים למכשולים טכניים.הממשל האמריקאי והתרופות של הממשל ו- #8217; ההנחיות לטיפולים סלולריים עבור מחלות כבד מסווגות רקמות hepatic המהנדסות כמוצר משולב, הדורש תיאום בין המרכז להנדסת ביולוגי וניווט פסיכולוגי יעיל זה יכול להתחיל בניסויים קליניים פונקציונליים של בטיחות תפקודית וצריכים ניסויים מתקדמים.

קנה מידה ייצור מייצג אתגר משמעותי באותה מידה. הדרישה התא המשוערת עבור רצף ביו-נגינאר רלוונטי מבחינה קלינית המסוגל לתמוך 10-15% של תפקוד כבד הילידים היא כ 5 מיליארד hepatocytes ו 2 מיליארד LSECs בבניית בפועל ייצור טוב (GMP) מתקנים יכולים לייצר את המספרים האלה מ iPSCs, אבל העלות כיום עולה על 500,000 דולר עבור מנה אחת של פרוטוקולים שונים של ביו-סבירה, מערכות הפעלה חיוניות כדי להפחית את רמות הייצור של מערכות הפעלה אוטומטית.

למרות האתגרים הללו, מסלול השדה מצביע על השפעה קלינית משמעותית בעשור הבא.ההתכנסות של הדפסה ביולוגית מתקדמת, מיקרו-השפעה, ביולוגיה תא גזע, והנדסת ECM יצרה מבנים אשר מחדשים את המבנה הסינוסי ותפקוד בפתרונות מתקדמים ללא תקדים, בסופו של דבר, כל אחד שיפור מצטבר ביציבות העובר, ניהול, או זהות תאית מביא קרוב יותר למציאות של חום מאוחדת של 300 ימים.