הנדסת רקמות עומדת בצומת של חומרים, ביולוגיה תאים, ביומכניקה, במטרה לתקן או להחליף עצם פגועה הנגרמת על ידי טראומה, מחלה, או ניוון הקשור לגיל. אתגר מרכזי בתחום זה הוא לכוון תאים גזע להפוך osteoblasts - תאים מיוחדים כי הם רק כוח פיזיקלי זה, בעוד גורמים ביוכימיים כגון גורמי צמיחה הורמונים מבוססים היטב, גירויים מכניים הופיעו כמו גם אותות חזקים של תאים עצביים של תאים אלה.

תפקיד מכני Stimuli ב- Bone Regeneration

העצם הוא רקמה דינמי כי כל הזמן להסתגל לסביבה המכנית שלה, עיקרון הידוע בשם חוק וולפף (Polf's law) טעינה מכנית - בין אם הליכה יומית, אימון משקל, או אפילו מיקרו-גרביטציה בחלל - משפיע באופן ישיר על עצמו מחדש של העצם.בהנדסת רקמות מוכחת כי תאי עצב קצרים מדיום לא מסוגלים לעתים קרובות להתבגר לתוך תאים חזקים של חוסן העצם.

מקורות תאים ל-Bone Tissue Engineering

סוגים מסוימים של תאי גזע משמשים בהנדסה העצם, כל אחד עם פרופילים מכניים נפרדים. mesenchymal גזע תאים (MSCs) נגזר מח העצם או רקמת adipose הם הנפוצים ביותר בשל אותות רבפוטנטיות שלהם וקלות של בידוד. induced pluripotent תאים (iPSCs) מציעים הרחבה בלתי מוגבלת יכול להיות ספציפי לחולה, אבל meobiology שלהם הוא פחות מאופיין תאים מכניים.

סוגים של מכני Stimuli ואפקטים שלהם

גירוי מכני יכול להיות מסווג לשלושת שיטות עיקריות: דחיסה, זן רבילי, ולחץ מצעים נוזלי.כל אחד מפעיל אפקטים נפרדים על התנהגות תאי גזע, ומשלב אותם לעתים קרובות מניב תוצאות סינרגיסטיות.

דיכוי

כוחות מדכאים מחקים את תפקוד העצם הדומם, במיוחד באזורים הקשורים למשקל כמו ה-fmur and vertebrae. in vitro, טעינה דחיסה מחזורית של MSCs המבודדים ב- hydrogel scaffolds upregulates או osteogenic כגון RUNX2 ו- Osterix. Compression גם מעורר את שחרורם של גורמים כהים כמו prostagland אחד יכול להיות יעיל כדי להגדיל את רמת הסוכרת של 1 עד 2.5 שעות.

Tension

זן Tensile (stretching) הוא מנוסה על ידי עצם במהלך ההחזקה שרירים ובמהלך תנועות התכופות שבו צד אחד של מתח העצם חוויות מתח. גירוי זה יעיל במיוחד על תאים או תאים מתנגשים סיבים קוגניים לאורך ציר של זן, ולכן שיפור התכונות מכניות של העצם המהנדסת.

Shear Stress

מתח של צמח פלויד (FSS) עולה מן הזרם של נוזל בין-דתי באמצעות רשת ה- lacunar-canalicular של העצם, שנוצר במהלך טעינה מכנית.בביולוגיים, FSS יכול להיות מיושם באמצעות היתוך של תרבות בינונית באמצעות אפקטי ⁇ pcalization. Shear גם מגביר את הלחץ של אוסטאוגני חזק, בעיקר בגלל שהוא מפעיל את סגסוגת רגישות mechano רגישות (למשל) 2D2D) לעומת עלייה של חלבון סטטית (R) על פני השטח סטטית 2D) הוא לחץ דם סטטית (R) ו-Ric) הוא גם על פני השטח של דלקת מפרקים 2.

המונחים: mechanotransduction Pathways

Mechanotransduction הוא התהליך שבו תאים להמיר כוחות פיזיים אותות ביוכימיים.מספר מסלולים מקושרים של תאי גזע מתווך שונות בתגובה לגירויים מכניים.

המונחים: β-catenin Signaling

טעינה מכנית מייצבת β-catenin, המאפשרת המעבר שלה לגרעין שבו הוא משתף פעולה עם גורמי TCF /LEF ליקוריציה לנהוג ביטוי גנים אוסטאוגני. Cyclic דחיסה הוכח כדי לרסן Wnt3a ו- LRP5, מקבל משותף עבור ⁇ Wnt ⁇ s ב LRP5 הם מקושרים להפרעות צפיפות העצם, תוך הדגשת החשיבות של ה- Wesis.

תגית: MAPK /ERK Signaling

החלבון הניגן-מתועש (MAPK) קזד, במיוחד ERK1/2, מופעל במהירות על ידי כוחות מכניים. Shear Stress and Stress Both מעוררים אי-מגרין מקבץ ו- votcro adhesion kinase (FAK) מעכב את הזרחן MSK, אשר בתורו מפעיל ERK.

« « DRIDING

RhoCK ואפקט שלו ROCK לווסת את הדינמיקה של ציטופלד ואת החוזה התאי. גירוי מכני להפעיל RhoA, המוביל ליצירת סיבים מתח שינויים בצורת תאים. אלה ציטוסטל משנה את ההקצאה של מעבדים כפולים ליתרמיים כמו YAP / Z. לדוגמה, בתאים חשופים ללחץ נמוך, YAP /TA נשאר בשכבה גבוהה, קידום גרעין, ו-Ricotogicretogicerotog; הם גם כן, כמו Rtogicertogate.

קלקליום אותינג ו-Cilia ראשונית

גירוי מכני יכול לפתוח ערוצי סידן-permeable ion (למשל, TRPV4, Piezo1), המוביל ל- intracell סידן Transients. אלה ספיגים סידן להפעיל רגועה ו- downstream kinases אשר משפר את ה-Oסטאוגנית ה- cilias ראשוני - נוגדנים מבוססי מיקרוטול מגיבים לזרימה - כמו mechanosensors על ידי ע"מכאן תחת כוחות דלקת מפרקים סטרוגניים.

Bioreactors ו Scaffold Design for Mechanical Conditioning

תרגם עקרונות גירוי מכניים להנדסת רקמות מעשית דורש ביולוגיים המסוגלים לספק כוחות מבוקרים, התחדשותיים לפסלים נגועים תאים. כמה עיצובים ביולוגיים מרובים פותחו:

  • (FLT:0) מדכא ביולוגיים: FIRLT:1) השתמש ב piston או מצופה כדי ליישם דחיסה מחזורית או סטטית.עיצובים מודרניים משלבים תאי עומס כדי לשלוט בדיוק בגודל כוח ותדירות, המאפשר דיוק מילימטרי.
  • (FLT:0) פיזור הביולוגיים: FLT:1 ,מדיום תרבות דרך הנקבובות השפע, יצירת מתח חממה נוזלי.הם גם משפרים תחבורה המונית, קריטי עבור מבנים גדולים יותר (>5 מ"מ עבה).
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ ⁇ (בלטינית: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ) , ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) מרבי-מודולקטורטורים: דחיסה 1 שלב ומיזוג כדי לחקות את הסביבה המכנית המורכבת של העצם מקרוב יותר.

עיצוב Scaffold חשוב באותה מידה. כוחות מכניים מועברים לתאים באמצעות ECM או חומר הפיגום. פיגומים אידיאליים לגירוי מכני הם ⁇ (כדי לאפשר זרימה נוזלית), ביו-תואמים, ויש להם תכונות מכניות שמתאימות העצם Native (מודולוס המדכאים 1-20) ,Nichodyic Polyi) חומרים אופטיים (למשל, gel, PCL) טבעיים (g.

ב-Vytro vs. In Vivo Applications

ב vitro גירוי מכני נחקר נרחב, אבל לתרגם פרדיגמות אלה כדי vivo או הגדרות קליניות נשאר מאתגר. pre-compaffolds in bioreactor לפני ההשתלה יכול ליצור מבנה בוגר יותר, מכני חזק יותר. במודל פגם צאן tibial, MSCs זרע על ידי גירוי מגנטי נוסף של חומרים מטבוליים, עם טיפול מכנית יותר, 000, 000, 000, 000 טיפול יעיל יותר, 000, 000, 000 טיפול מכנית, 000, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000, 000 טיפול יעיל יותר של פעילות גופנית, 000, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000, 000, 000 יעיל יותר, 000, 000 קידוד יעיל יותר של טיפול מכנית טיפול מכנית, 000, 000, 000, 000 קידוד יעיל יותר של טיפול מכנית, 000, 000, 000, 000, 000 קידוד יעיל יותר של טיפול יעיל של טיפול יעיל יותר, 000 סגסוגת בתוך הסביבה מכנית, 000 קידוד יעיל יותר של טיפול מכנית, 000 קידוד יעיל יותר של טיפול מכנית, 000, 000 קידוד יעיל יותר של חומר מכנית, 000, 000, 000, 000 דחיסה, 000 דחיסה, 000 קידוד על ידי טיפול מכנית טיפול מכנית טיפול

הנדסת עצמות Tissue Engineering

גירוי מכני אינו רק גורם משלים אלא גם הרגולטור העיקרי של הגוון של תאי גזע בהנדסת רקמות העצם. על ידי שילוב טעינה מכנית אופטימיזציה לתוך עיצוב פיגומים ותרבות ביולוגי, החוקרים השיגו שיפורים משמעותיים היווצרות העצם - עד 5 מעלות כפולות נפח העצם ו 2 שיפורים כפולים התאמה מכנית ספציפית לתרבויות ספציפיות סטטית.התקדמות אלה יש השלכות קליניות ישירות לטיפול פגמים פלמנטאליים (למשל, ממקרים של תאים לא-דלקתיים), או הפרעה רגשית, עם ליקויים לא-מפרקים או הפרעה רגשית, עם הפרעה רגשית, עם הפרעה או עצבית, עם הפרעה רגשית, עם הפרעה או עצבותרפיסטית, עם הפרעה או הפרעה או הפרעה רגשית, עם ליקויים של עצבותרפיסטאוסטיאוסטיים לא יכול להשתמש בשבר מכניתרפיסטאוסטיאוסטיאוסטיאוסטיאוסטיאוסטיאוסטיאוסטיים.

כיוונים עתידיים ואתגרים

למרות ההבטחה, כמה hurdles להישאר. סטנדרטיזציה פרמטרים מכניים על פני חומרים שונים פיגומים מסוגים תאים הוא קשה - פרוטוקול שעובד עבור MSCs על פעמוני PLGA עשוי לא להיות אופטימלי עבור iPSC על הידרוגמנט מכנית מסוימת של העצם אפילו יכול לקדם את החומרים המשתנים של המוחשיים השונים, כמו גם חומרים מכניים מסוימים, כגון גירויים).

(התוצאה היא גירוי מכני חיוני לביסוס של התא בהנדסת רקמות העצם.על ידי העתקת הכוחות הטבעיים שחווים את עצמם, החוקרים יכולים לשפר את היווצרות של עצם פונקציונלי, מוכשר מבחינה מכנית.המשך ההתקדמות בטכנולוגיה ביולוגית, עיצוב הפיגום 3, וההבנה שלנו של מכניקה עצמית יפתרו את הדרך לתרגום קליני.