התפקיד של מטריקס אקסטרולר בעיצוב דחיסה

מה זה המטריקס התוספתי ולמה זה משנה?

המרטריקס התוספתי (ECM) הוא הרבה יותר מאשר חומר אריזה פשוט בין תאים.זהו רשת דינמית תלת-ממדית של מקרומולקולטים המספקת הן אותות מבניים והן ביוכימיים החיוניים להתפתחות רקמות, ההומוסטזה, ותיקון. בהקשר של עיצוב גרפי ספציפי להנדסת איברים, ECM הוא לא רק תמיכה פסיבית; הוא באופן פעיל בהתנהגות תא, המנחה, CM, אפילו מצליח לשמור על תפקוד עמוק, עם יכולת CM.

התחום של הנדסה פיגומה של איברים עבר יותר ויותר מפולימרים סינתטיים כלפי ביו-חומרים כי recapitulated הילידים ECM. המעבר הזה מונע על ידי ההבנה כי תאים מזהים ולהגיב לסימנים ECM בדרכים שלא ניתן לשכפל על ידי כימאים פשוטים.כפי חוקרים שואפים לבנות איברים השתלות ממותגים ממותגים או ממרכיבים ביו-חומריים מותאמים אישית, ECM מתגלה כשמדובר בתפקידים כחול.

המונחים: the Extracell Matrix

ECM מורכב תערובת מתוחכמת של חלבונים מבניים, גליקופרוטאינים מיוחדים, פרוטנוגליצרנים, וגליקוזינוגליצרנים.כל רכיב תורם תכונות מכניות וביוכימיות ייחודיות המגדירות באופן קולקטיבי את האופי של הרקמות.

קולג'ן - The Structural backbone

קולג'ן הוא החלבון השפע ביותר ב- ECM, המספק כוח רבילי ויושרה מבנית.לפחות 28 סוגים של קולגן קיימים, עם סוג שאני דומיננטי בעצם, נוטה, ועור, בעוד סוג IV יוצר רשתות דמויות גיליון במרתף membranes.בעיצוב נוקשות , קולגן משמש לעתים קרובות כציפוי או הידרוג'ל כי הוא מקדם הדבקה דרך in angtegy-in-in-in נשאר חיתקיצהירמוסים יכול להיות מארגן בעיות מכניות.

Elastin ו-Allastinfis

Elastin Endows רקמות עם היכולת לחזור לאחר מתיחה, נכס חיוני עבור עורקים, ריאות, עור. in scaffolds, elastin או את המבשר שלה tropoelastin יכול להיות משולב לספק גמישות וחוסנות. חומרים מבוססי Elastin הם בעלי ערך במיוחד ב vascular vulaffolds, שבו טעינה מכנית מתרחשת מאוד גמישה, כי הוא חזק מאוד, הוא תומך מכנית לטווח ארוך.

Fibronectin ו-Laminin - Cell-Adhesive Glycoproteins

Fibronectin הוא גליקופרוטאי גדול המחבר אינסטלגירין, קולגן, ומולקולות ECM אחרות. RGD שלה (חומצה אספרטית- אספרטית) מוטיב מוכר באופן נרחב כרצף תא-adhesion מפתח. Laminin, המרכיב העיקרי של מרתמרן, ממלא תפקיד מרכזי ב- אפיתלאלי ו- endotialal.

Proteoglycans ו Glycosaminoglycans - הידרציה וגורם הצמיחה Binding

Proteoglycans מורכב חלבון ליבה המחובר באופן שווה לשרשראות גליגליקומניק (GAG) כגון חומצה היאלורונית, chondroitin sulfate, ו heparan sulfate. מולקולות אלה נקשרות כמויות גדולות של מים, יצירת ג'ל נוקשה כי מתנגד כוחות דחיסה דומה, GAGsquester ויגן על צמיחה (Fgold) הוא שילוב של תאים הסתברותיים.

כיצד ECM Guides Organ Scaffold Design

מטרת הנדסה אפית של איברים היא ליצור תבנית אשר יוחלפו על ידי רקמת יליד פונקציונלי לאורך זמן. a scaffold מוצלח חייב לספק ארכיטקטורת תלת-ממדית, יציבות מכנית, וסימנים ביולוגיים ספציפיים. ECM באופן טבעי משביע את הדרישות האלה, מה שהופך decellized matrices וחומרים ECM-deriveed אטרקטיבי מאוד.

Decellization - קצירת התבנית של הטבע

Decellization כולל הסרת רכיבי תאים מאיברים התורמים או רקמות תוך שמירה על מבנה ECM והרכב.שיטות Common כוללות:

• (FLT:0Chemical סוכניםFLT:1) - Detergents כגון נתרן דודיקל sulfate (SDS), Triton X-100, ו נתרן דהoxycholate solubilize membranes תאים ותוכן גרעיני. בחירה קפדנית של ריכוז הרתעה וזמן החשיפה נדרש כדי למנוע חלבונים מזיקים GAGs.
• (FLT:0) טיפולים אנזימים (Enzymatic TreatmentFLT:1) - טריפסיה וnucleases degrade DNA ו-RNA, צמצום אימונוגניות.
• (FLT:0) שיטות פיזיותיות FLT:1 - מחזורי קפאה-תאווה, ניתוח ועצבנות מכנית משבשים את קרום התא ולהפחית את הסרן התאי ללא כימיקלים קשים.

לאחר הדה-תאיזציה, הנבל המתקבל שומר על המאקרו-המיקרו-ארכיטקטורה של הרקמות הילידים, כולל רשתות vascular, אשר קריטי עבור משלוח תזונתי בצורות גדולות.הנבל יכול להיות reתאים עם תאים ספציפיים לחולה כדי ליצור איבר immuno-contative בלתי-תואמים.כמה קבוצות מחקר השתלמו בהצלחה לבבות, כבדות וכליות במודלים של בעלי חיים, עם תפקוד חלקי של איבר.

Synthetic ECM Mimics - הנדסה אישית Matrices

בעוד שמטבים ממותקים מספקים מורכבות מולדת, הם מוגבלים על ידי זמינות התורם, זמינות אצווה, ודאגות אתיות.Synthetic ECM מחקים נועדו לשכפל תכונות מפתח ECM באמצעות רכיבים מוגדרים היטב.

• (FLT:0) ,Self-assembling peptidessveFLT:1 ; רצף קצר peptide (למשל, RADA16) שמרכיבים הידרוגליצר nanofiber בתנאים פיזיולוגיים.אלה יכולים להיות פונקציונליים עם מוטיבים דבקים ואתרי צמיחה המחייבים להנחות התנהגות תאים.
• (FLT:0)Modified Natural פולימרים טבעיים FLT:1 - קולג'ן, ג'לטין, חומצה היאלורונית, וצ'יטוסאן ניתן לחדור כדי לשפר תכונות מכניות או להוסיף אתרי השפלה עמידים תאים. Methacrylated ג'לטין (GelMA) משמש נרחב עבור 3Dprinting של מבנים דמויי איברים.
• (FLT:0) Hybrid scaffoldsFearLT:1) - שילוב מרכיבים טבעיים ECM עם פולימרים סינתטיים (למשל, פוליcaprolactone, PLGA) מאפשר כוונון של קצב ההשפלה, כוח מכני, ו bioactivity. אלקטרוספינינג הוא טכניקה פופולרית כדי ליצור פיגרעות fibrous עם היערכות מבוקרת וסיבים.

מטבחים מכניים מ- ECM

תאים תחושה ולהגיב לנוקשות, גמישות, וטופוגרפיה של המיקרו-סביבון ECM שלהם.לדוגמה, תאי גזע נבדלים לתוך נוירונים על מפלקסים רכים (0.1-1 kPa) ובתוך העצם על מגרות נוקשה (25-50 kPa) בעיצוב ספוג, התאמת התכונות המכאניות לרקמה המטרה הוא חיוני.

היתרונות של ECM מבוסס Scaffolds ברפואה רגנרטיבית

שימוש ב- ECM-derived scaffolds מציע מספר יתרונות משכנעים על פני סינתטים קונבנציונליים:

• (FLT:0) bioactivityFLT:1 - ECM שומרת על גורמי צמיחה, peptides מוצפנים, ומזהה מוטיבים שקשה לשחזר באופן סינתטי.
• (ב) ,0) חידושים מחדשים של התחדשות מחדש (ECM) – ECM מצטמצמים באופן מתווך תאים, המאפשר החלפת הדרגתית של רקמת מארחת ללא תגובה חיצונית מתמשכת.
• (FLT:0) ,Reduced immunogenicity (MHFLT:1) - נכון decellized ECM הוא בעיקר לא חיסון כי מולקולות גדולות שלווטקומבציה (MHC) מוסרים.חלק חלבונים ECM הם מאוד מתואמים מינים, המאפשרים מקורות xenogeneic (למשל, שסתום לב צוואר הרחם) לשימוש קליני.
• (FLT:0) אדריכלות קדם-האדריכלות (Prened ArchitectureFLT:1) - פיגומים דיפלומים מאוישים לשמור על העץ הvascular, דוקטרקטים דו-קוליים, ותכונות מקרוסקופיות אחרות שמאתגרות מאוד למהנדס מאפס.אדריכלות זו תומכת בתחריט מהיר ובפיזור תזונתי לאחר השתלת.

אתגרים בהנדסת הנדסת הנדסת הנדסת CM מבוססת CM

למרות הפוטנציאל שלהם, ⁇ ECM מתמודדים עם מכשולים משמעותיים שיש להתגבר עליהם לתרגום קליני נרחב.

אפשרויות ל- Quality control

חיבור ECM משתנה בין תורמים, גיל, מקור רקמות ופרוטוקול decellization. Batch-to-batch inconsistency מסבך את אישור רגולטורי והתאמה מחדש. Efforts הם בדרך להקמת פרוטוקולים סטנדרטיים של decellization וקביעת קריטריונים לשחרור (למשל, DNA חי <50 ng / מ"ג, היעדר של nuclei גלוי).

סיכון לאינטימיות

דילול מוחלט משאיר מאחור פסולת סלולרית, כולל DNA, RNA, חלבונים מייטוכונדריים, אשר יכול לגרום לדחייה חיסונית. אפילו לאתר כמויות של אפיטופים α-gal (הנוכח ברקמות הנקבוביות) יכול לגרום לתגובות אלרגיות חמורות בבני אדם.התקדמות בטיפול אנזי ו-α-galout חזירים מטפלות אלה, אבל בדיקות זהירות נדרש לכל אצווה.

Recellization ו-Vircularization

לראות את איבר מבוזר עם מספיק תאים פונקציונליים כדי לשחזר תפקוד ברמה של איבר הוא מרתיע.ה scaffold חייב לתמוך הישרדות תאים, התפשטות וארגון מרחבי. עבור איברים עבים כמו הכבד או הכליה, מחדש הקמת רשת vascular infusable הוא קריטי; אחרת, תאים בליבת למות מן hypoxia. ... [+] למערכות ביולוגי כי לחקות זרימה פיזיולוגית ולחץ משמשים כדי לקדם את זרימת הדם העיקרי, אבל הוא חיוני, עם זאת, להתגבר על ידי לחץ הדם.

Scale-Up and Manufacturing

הפחתת איברים דה-תאים קלינית דורש מתקני חדר נקיים, סטריליזציה קפדנית, ואבטחת איכות.התהליך הוא זמן-consuming ויקר, עם מוגבלות באמצעות חישוב. Bioprinting ו 3D של ECM סינתטי מחקה חלופות ניתנות לדרג, אבל כיום אין להם את הארגון ההיררכי של רקמות Native.חוקרים בודקים גישות היברידיות: de Cellcellic רקמות זעירות ולאחר מכן מרחיבים באמצעות צינורות ביולוגיים או קודריים באמצעות צינורות.

חידושים וכיוונים עתידיים

התחום מתפתח במהירות ככלי חדש ממדע החומרים, ביולוגיה תאי גזע, והתכנסות ביופאבריון.

טכניקות מתקדמות של Decellization

פחמן דו חמצני קריטי (ScCO2) החילוץ מתפתח כמו שיטת דה-תאזרחות עדינה יותר המשמרת את מבנה ECM וגורמי צמיחה ביעילות רבה יותר מאשר הרתעה. sCO2 גם ממריץ את הנבל בשלב אחד. חידוש נוסף הוא השימוש בהרתעה מעורבב עם מקטעי מגן המייצבים קולגן במהלך עיבוד.

מעצב ECM עם חלבון Recombinant

קולגן אנושי מחדש, פוליפפטידים דמויי אלסטין, ופרקים laminin יכולים להיות מיוצרים במערכות מיקרוביאליות או ממאמניות, חיסול מרכיבים בעלי חיים ומאפשרים כוונון מדויק של ביואקטיביות. מעצב זה ECMs יכול להיות מחובר מבחינה כימית או מודפס לתוך צורות מורכבות.

דינמי וחכם ECM Scaffolds

חומרים חדשים מונדסים להגיב לפעילות סלולרית או גורמים חיצוניים.לדוגמה, פיגומים המכילים מאטריקס מתכתלופרוטאינאפצ (MMP) רגישים לקישורים חודרניים בתגובה לאאנזימים מוצפים תאים, המאפשרים לתאים לעצב מחדש את הסביבה שלהם. Light-responsive hydrogels מאפשר שליטה זמנית של נוקשות או צמיחה.

שילוב עם bioprinting ו-Oroids

bioprinting 3D מאפשר מיקום מדויק של תאים וחומרים ECM שכבת על ידי שכבה כדי לבנות מבנים דמוי איבר.שלב decellized ECM bioinks (dECM) עם תאים עצביים מושרה החולה (iPSCs) מחזיק הבטחה גדולה לייצור השתלות איברים מותאמים אישית.

יישומים קליניים ו- Translational Outlook

פיגומים מבוססי ECM כבר בשימוש קליני עבור רקמות מסוימות. פורקקין תת-מברזוזה קטנה מעיים (SIS) ו irinary שלפוחית השתן (UBM) אושרו לריפוי הפצעים דרמטי, תיקון ניהן, ושיקום רצפת אגן. Deengvic. de celldiacs ו- Allogras הם סטנדרטיים בניתוח לב מוצק דורש איברים להוכיח יעילות ו- pre-al-reatives-reatives-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-to-totication, תוך שימוש בדגמים מוקדמים של מחלות, בעוד שעדיין מופעלים של מחלות לב השתלות דם אנושי.

אבני דרך מפתח על הדרך לאימוץ קליני כוללות פתרון צוואר בקבוק התאוות, פיתוח ייצור מדרגי, והפגנת תפקוד ארוך טווח במחקרים בעלי חיים גדולים. מסגרות רגולטוריות מותאמות לסווג את הספימרים ECM כמוצרים שילוב (device + biologic), אשר מייעלים את האישור אם ייצור עקבי מושג.

מסקנה

המרטריקס התוספתי הוא הרבה יותר מאשר מפוספס פסיבי; הוא המנצח של היווצרות רקמות, ניוון, ו ההומוסטזה.הפונקציות המורכבות של פונקציות מבניות, מכניות, וסימן מספק את התבנית כי מהנדסים פיגומים איברים שואפים לשכפל.אם מקורם של רקמות הנדסיות פגום או מקובצים מחדש של מרכיבים אמקומביננטיים, חומרים ECM-DIVE מציעים טכנולוגיות לא לוגיות וגמישות מרהיבה של נוגדנים, כמו גם, כמו גם אתגרים מכניים של תהליכי דמיון, כמו גם, כמו גם שיטות עיצוביים, כמו גם אידיאולוגיות, כמו גם CM-מחדשניים, כמו גם, כמו גם להעמיק את תהליכי דמיון, כמו גם להעמיק את תהליכי דמיון קפדניים, כמו גם את תהליכי דמיון, כמו גם שיטות דינמיות, כמו גם את המציאות.

(ב) לקריאה נוספת על הרכב ECM ותפקידו בהנדסת רקמות, להתייעץ עם ביקורות סמכותיות כגון FLT:0 מאמר זה על דינמיקת ECMIRFLT:1 ו FLT:2a סקירה מקיפה של טכניקות decellivation (FLT:0) מאמר זה בטבע על גלגול מחדש של ECM מחקה מחדש נדונה במחקר BioLTs ⁇ F:5, בעוד ש-DLCDLCDLCDERCERDERDERDERDERDERCERDERDERDERCERCERCERCERE TRASTERCERCERCERCERCERCERCERDERDERE הוא TRASTERDERSTERDER TRA TRASTERDERDERDERE TERDERE TRAERDERDER TRASTERDERDERE TERDERSTERDERDERDERDERDERDERSTERSTER TRASTERSTER TRAST TRAST TERR.