הנדסה רקמות וחילונית עומדת בחזית של הרפואה רגנרטיבית, המציעה מסלול כדי לטפל במחסור הקריטי של grafts אוטוביוגרפי לחולים הדורשים שחזור vascular.למרות התקדמות משמעותית בעיצוב רב-פעמי תאים, אחד המכשולים המתמשכים ביותר שנותר השגת של צינורות פונקציונליים - התהליך שבו רקמות מהונדס לפתח כוח מכני, פולשניות, ויציבות ארוכת טווח בדיוק כמו שילוב דינמי של תאים אלה התפתחו דינמית של תאים רדיואקטיביים.

הבנת מצב מכני בביולוגי

מיזוג מכני מתייחס ליישום מכוון של כוחות פיזיים - כגון מתח של נוזל, מתיחה מחזורית, טעינה דחיסה - תאים ורקמות במהלך התרבות. בגוף, כלי דם הם כל הזמן נתון לכוחות המודינמיקה: לחץ pulsatile מן הלב, לחץ הרהר מפני דם זורם, ועשרותile מקירות גמישות.

bioreactors המיועדת להנדסת רקמות פולשנית מורכבת בדרך כלל מחדר תרבות עם פיגומים מעוגן, לולאות היתוך עבור מחזור מדיה, ו actuators ליישם עיוות מכני.מערכות מוקדמות היו משאבות peristaltic פשוטות אשר סיפקו זרימה יציבה, אבל פלטפורמות מודרניות משלבות בקרים הניתנים לתוכנה שיכול לחקות גלפורציות פיזיולוגיות, כולל גירוי לחץ לב וכלי נשימה רגישים לדלקתיים כגון גירוי מכני.

ה-Rationale for Dynamic Culture

שיטות תרבות סטטיות, תוך שימושיות עבור ביולוגיה תא בסיסית, לא לייצר רקמות עם היישור ההיררכי ועוצמה מכנית הנדרשת להשתלה.ללא מיזוג, כלי שיט ממונדס לעתים קרובות להפגין אוריינטציה תאים אקראיים, disorganized ECM, ולחץ התפרץ מספיק.טיפולימיזוג מכני מתייחס הגירעון הזה על ידי קידום היערכות תאים פונקציונלית לאורך הכיוון של כוח, עלייה של קולגן ו elastinsis, ומניעה, בהשוואה לדלקתיים אינטנסיביים של חלבונים חשופים יותר.

סוגים של מכני Stimuli

רקמות ואסולריות חווים יחסי דינמי של כוחות ב vivo, כל אחד מהם מכוון סוגים תאים ספציפיים המשפיעים על היבטים נפרדים של הזדווגות. מערכות ביולוגי נועדו לספק גירויים אלה באופן אישי או בשילוב, בהתאם לתוצאה הרצויה.

Shear Stress

מתח Shear הוא כוח חיכוך המופעל על ידי זרימה נוזלית על פני השטח luminal של כלי הדם. Endothlial תאים (ECs) רירית סיכה רגישים להפליא לכוח זה, אשר משנה את הצורה שלהם, cytosktal הארגון, והפקה של מולקולות דלקתיות קבועות (Valtar) היא מדגישה לחץ perfati של לחץ דם בינוני באמצעות sicial זרימה של לחץ דם גבוה יותר מגובה 2.

Cyclic Strain

זנים Cyclic נובעים מן הרתיעה קצבית של הקיר כלי במהלך כל מחזור לב. בעורקים, רמות circumferential של circumential של הקיר פיזיולוגי, החל כוחות ריביליים חוזרים כדי להשיג תאים חלק (SMCs) ו-Fiberblasts מוטבעת בקיר. bioreas לכפות לחץ על ידי נפיחות סינתטית או לבנות את התאים באמצעות תגובה מכנית של תאים פנימיים (Sival)

לחץ הידרוסטטי

בעוד הלחץ העצום והזן המחזורי הם הגירויים הנלמדים ביותר, הלחץ ההידרטי – הכוח הדחוס האומניאקציוני שחוו תאים בתוך קיר כלי השיט – גם ממלא תפקיד בביולוגיה פולשנית.ב vivo, לחץ הדם מייצר תנודות לחץ חוצה גבולות הדורשות קידודים נוקשים של SMC ו- ECMHreactors יכולים ליישם לחץ הידרוסטטי על ידי איטום התרבות והפעלת לחץ על ידי גירוי של דלקת הלחמות של לחץ אווירי של לחץ אווירי של לחץ אווירי (למשל, למרות שגורם אחד של לחץ אווירי לחץ אווירי לחץ אווירי) על פני 80 גרם לשילוב פחות מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מ"מחץ המשולב (R) על ידי שיפור של כלי שבץ) על ידי גירוי אווירי) על ידי גירוי אווירי) על ידי גירוי אווירי) על ידי גירוי אווירי (Ric) על ידי גירוי אווירי) על ידי גירוי אווירי) על ידי גירוי אוויריטרנטימינלי (Ric) על ידי גירוי אווירי לחץ אווירי) על ידי גירוי אווירי) על ידי גירוי אווירי) על ידי גירוי אווירי לחץ אווירי לחץ אווירי לחץ אוויריטרנטימינלי (

משטרים מצורפים

המערכות הביולוגיות הרלוונטיות ביותר מבחינה פיזיולוגית מספקות טעינה משותפת - מתח כבד, לחץ מחזורי ולחץ - כדי לבודד את הסביבה המכנית המורכבת של עורקים מקומיים.מערכות כאלה דורשות עיצוב מתוחכם: תהליך ספוגי משותף חייב להיות מפורק באמצעות העומסים / לחץ חד פעמי של 8 חודשים עם לחץ דם אחורי, בעוד שהיא מוגבלת בחדר לחץ העובר מחקרים אינפלציה.

השפעה על מטבוליזם של וחילוני

מיזוג מכני משפיע עמוקות על ההבשלה המבנית, הקומפוזיציה והתפקודית של כלי דם מהונדסים. Maturation, בהקשר זה, מתייחס למעבר ממבנה חלש, מפורש ולא מתפקד לרקמה מאורגנת וחזקה, אשר יכולה לעמוד בלחץים פיזיולוגיים ולשלב עם השקע המארח.

ארגון סלולרי ו-Alignment

תכונה מוגדרת של כלי שיט מקומיים היא אוריינטציה של תאים בשכבות נפרדות: תאים ימיים התואמים עם זרימה על ה- lumen, ותאים שרירים חלקיים מוכווני circumferentially בתקשורת. Bioreactor- המושרה להנחות את הסדר המרחבי הזה. Luminal hear מדגישה את הטון הפגום ואת סיבי הלחץ שלהם בכיוון של זרימה, תהליך תקשורתי על ידי mechanological כגון דחף cential זה (מתאים מכני).

מטריקס אקסטרים Deposition ו Reמודלing

ECM הוא השפע מבני של כלי דם, מתן כוח, גמישות, וסמן רמזים. רכיבי ECM מרכזיים כוללים התנגשות (בעיקר סוגים I ו III) עבור אספקת Tenile, elastin עבור redeoil, ו proteoglycans עבור רמות דלקת פרקים (אך פעילות מכנית) עם עלייה משמעותית יותר של מחזור הדם ECM על ידי ECs ו- SMCS.

תכונות מכניות

הבדיקה הסופית של רקמת כלי דם ממונדסת היא היכולת שלה לעמוד בפני כוחות הדם. תכונות מכניות מוערכות באמצעות בדיקות לא-שיותיות (כוח רב-קרקעי, גמישות), להדגיש את מדידת הלחץ ובדיקת תאימות.ביולוגיה משפרת באופן עקבי את הפרמטרים הללו.לדוגמה, כלי פאסיביים מופחתים לעתים קרובות להשיג לחץ מופרז של 1200-500 מ"מ כספית, לעומת 200-500 מ"מ"מ להשפעות איטיות של שליטה על פני השטח של מערכת לחץ נמוך יותר:

תכונות פונקציונליות: וירואקטיביות וההיפוך

מעבר לכוח מכני, הזדווג כולל רכישת תכונות vasoactive ו hemoתואמים.Voreactivity - היכולת חוזה להירגע בתגובה לנקיסטנים - חיוני כדי להסדיר זרימת דם.כלי מותנים להוכיח תגובות חוזהיות לנגיף chloride, noradrenaline, ו- endothelin-1, המתווך על ידי קולטני שרירים חלק.

אתגרים וכיוונים עתידיים

למרות היתרונות ברורים של מיזוג מכני המושרה ביולוגי, בתרגום גישה זו מספסל ועד מיטת פנים כמה מכשולים.המורכבות והעלות של פרוטוקולי התניה, הסיכון לנזק רקמות, והצורך בהתאמת ספציפית לחולה הם בין האתגרים העיקריים.מחקר עתידי נועד לטפל בנושאים אלה באמצעות חדשנות טכנולוגית והבנה ביולוגית עמוקה יותר.

אופטימיזציה של Conditioning Parameters

קביעת העצירה האידיאלית, תדירות, משך ומחזור חובה של גירויים מכניים עבור כל סוג תא וספירה נשאר משימה קשה מדי. סדקים כי הם נמוך מדי תשואות לא מספיקות; אלה גורמים גבוה מדי מוות תאים, ירידה של שבועות או ירידה מריצה, יתר על כן, תנאים אופטימליים משתנים בין מחסנים אמנותיים ונקועים עצומים, ובתוך מינים גבוהים של ספקטרום תאים, אשר ניתן לנבאת, כלומר, כדי לזרז את תנאי בדיקות תאים אלה, כלומר, כלומר, כלומר, כדי לזרז אותם תאים יעילים יותר, כדי לזרזים, כלומר, כדי לזרז אותם פרמטרים של פרמטרים של תאים יעילים יותר, כדי לחיזוי תאים.

Bioreactor Design Innovations

ביולוגיים הנוכחיים, בעוד יעילים, הם לעתים קרובות רבתיים, יקרים ומאתגרים לפעול בתנאים סטריליים לתקופות ארוכות יותר.עיצובים עתידיים שואפים לצמצום, אוטומציה ושילוב עם ניטור לא פולשני.מיקרופלודיקליסטים המיקרוליטיים, למשל, יכולים לשלוט בדיוק בלחץ הרדאר והלחץ בקנה מידה קטן, תוך שימוש פחות מדיה ומאפשר הדמיה גבוהה של חומר ביולוגי, הוא התפתחות "מת" עבור חיישנים ביולוגיים סגורים, עבור חיישנים חד-מטורמיים אוטומטיים, כמו גם כן, חיישנים ביולוגיים.

הבנה של מכונאים

הבנה מולקולרית עמוקה יותר של איך תאים מרגישים ולהגיב לכוחות מכניים יכולה לחשוף מטרות חדשות עבור התערבות. Key mechanosensors כוללים ניתוחי אנטורין, dhesions, ערוצי ion (למשל, Piezo1, TRPV4), cilia ראשונית, ו-Gicasesicuresive Culture, לעומת זאת, מעכבת את תהליכי הפעלה גמישים של YAP/TA, RHR, שינויים ב-GPsys, לדוגמה, כדי לקדם את ההשפעות של תאים חשמליים.

עריכת סקרים ותרגום קליני

המעבר ממבנה מעבדה (לעתים קרובות 2-3 ס"מ אורך) לגניבה בגודל אנושי (-15-40 ס"מ) מציג אתגרים הנדסיים ורמתיים ביולוגיים, כלי קוטר גדולים יותר דורשים משטרים זרימה שונים כדי לשמור על מתח אחיד על פני השטח luminal לעתים קרובות מגביר את עוביים של תאים חשמליים בשפע, 000 ו- פיזור חומרים מזינים עבור מחסנים גדולים עשויים לדרוש מספר רב יותר של דלקתיים או התחממות מהירה יותר של תאים דלקתיים בטווח הארוך.

פיקוח בזמן אמת ובקרה איכותית

כדי להבטיח ייצור אוטומטי עקבי של grafts בוגר, ניטור בזמן אמת של רקד הזדווגות הוא חיוני. טכניקות לא פולשניות כגון אולטרסאונד elastography, coherence tomography, ו-Raman spectroscopy יכול להעריך תכונות מכניות, עובי, ו ECM קירור ללא שילוב של חומרים גמישים בתחום ה-implimate. לדוגמה, אמצעי אולטרסאונד גל traage tragication במהלך פעילות גופנית, מתן רזולוציה בינונית של תכונות מכניות למידה כגון סימולציה יעילה.

מסקנה

מיזוג מכני המושרה ביולוגית אינו רק צום להנדסת רקמות פולשנית; הוא חיוני להשגת הזדווג פונקציונלי, על ידי לכידת כוחות המודינמיקה הילידים למערכת הלב וכלי הדם, אנו יכולים להנחות תאים להתארגן, לסנתז מטריקס חוץ תאי חזק, ולהשיג את התכונות המשתנים המכאניים והרגישים הדרושים להשתלה.