התפקיד של תאים Stem בהנדסת איברים פורץ דרך

ההבטחה של תאי גזע בהנדסת איברים

הרפואה רגנרטיבית עוברת טרנספורמציה עמוקה, המונעת על ידי היכולות יוצאות דופן של תאי גזע.תאים לא מזוהים אלה יש את היכולת הכפולה לחדש את עצמם ללא הגבלת זמן ומבדילים לתוך סוגים תאים מיוחדים, מה שהופך אותם פונדמנטל להנדסת איברים איברים לאיבר.המטרה היא ליצור איברים פונקציונליים, השתלות שיכולים להחליף רקמות פגומים או מחלה, פוטנציאל לסיים את המחסור הכרוני של איברים חדשים של התורמות עברו מדע בדיונים למציאות, אך הם כבר לא יכולים להיות מסוגלים להיות מסוגלים לנהל משפט חדש של תאים לא רקמות, אלא רקמות, אלא רק תאים חדשים של תאים חדשים של תאים חדשים של תאים חדשים של תאים.

הבנת תאים וסוגים שלהם

תאים סטם מוגדרים על ידי שני תכונות סימן: FLT:0.13 עצמי-renewalalph:1 (היכולת לחלק וליצור עותקים זהים) ו-FLT:2potencyFLT 3: 3 (היכולת להבדיל סוגים שונים של תאים) לא כל תאי גזע שווים בפוטנציאל שלהם.

Embryonic Stem Cells

תאי גזע אמבריים (ESCs) נגזרים מסה תא פנימי של מתקפת, עובר בשלבים מוקדמים. הם הם FLT:0pluripotentalph1, כלומר הם יכולים להעלות לכל סוג תא בגוף.זה הופך אותם חזקים במיוחד לייצור רקמות מגוונות.

תאים בוגרים

תאי גזע בוגרים, הנקראים גם תאי גזע סובמטיים, נמצאים ברקמות שונות כגון מח העצם, שומן, עור כבד.הם נקראים FLT:0;0)multipotentFLT:1, מסוגלים להבדיל למגוון מוגבל של סוגים תאים הקשורים רקמת המקור שלהם. לדוגמה, תאי גזע mesenchymal (MSCs) יכולים להפוך לעצם,חוס, שומן, ותאים פחותים שלהם, לעומת זאת, הם פחות, לעומת זאת, לסיכון חיסוני, לעומת זאת, הם פחות.

המונחים: Pluripotent Stem Cells

תאים עצביים בשפע (iPSCs) מייצגים פריצת דרך מהפכנית.על ידי תכנות מחדש תאים בוגרים (כמו עור או תאי דם) באמצעות גורמי תעתיק ספציפיים, מדענים יוצרים תאים מתנהגים כמו ESCs. iPSCs הם בשפע ויכולים להיווצר מכל מטופל, המציע גישה אישית עם מכשולים אתיים מינימליים.

כיצד תאים Stem Enable Organ Engineering

בניית איבר מתאים גזע היא תהליך מורכב, רב-שלבי המשלב ביולוגיה תאים, חומרים מדע, bioengineering. הגישה הטיפוסית כוללת שלושה מרכיבים מרכזיים: פיגומים, מקור תא, וסביבת ביולוגית המחקה את התנאים של הגוף.

קובצי Cookie ו- Biomaterials

(הפסל) מספק תמיכה מבנית והדרכה היווצרות רקמות. Scaffolds יכול להיות מיוצר מחומרים טבעיים כמו קולגן או פולימרים סינתטיים כגון חומצה פוליגליקולית.הנפוץ האידיאלי הוא ביו-אי-מתואם, ו ⁇ מספיק כדי לאפשר החלפת חומרים מזינים ופסולת.זה חייב גם לחקות את הממטריקס התוספתי של איבר היעד, לספק רמזים מכניים כי התנהגות ישירה תאי גזע מפותחת גם כן: 0-פרך חדש, 000 תאים חדשים, 000.

תאים והפרדה

תאי גזע מושרשים על השפע ולאחר מכן חשופים לקוקטייל מדויק של גורמי צמיחה, אותות מולקולות, גירויים מכניים כדי לכוון את הגוון שלהם.לדוגמה, כדי ליצור רקמת לב פונקציונלית, החוקרים משתמשים בגורמים כגון אקטובין A ו- BMP4 כדי להניע iPSCs לעבר אדפטם לב, ולאחר מכן לפעום קרדיוציטים.

bioreactors and Maturation

לאחר שזרע, הבניין ממוקם ביולוגי - מכשיר המספק תנאים סביבתיים מבוקרים.ביולוגיים לספק חומרים מזינים, להסיר פסולת, וליישם כוחות פיזיים כגון לחץ, לחץ, או גירוי חשמלי. עבור איברים פולשניים, לפסולת ביולוגיים לדחוף את התרבות באמצעות השקע של השרירים, מפשטת דם.

היתרונות של שימוש בתאים Stem להנדסה של איברים

אימוץ תאי גזע בהנדסה איברים מציע הטבות טרנספורמטיביות על השתלה מסורתית וגישות ניווניות אחרות.

• (FLT:0) איברים מסוכנים: iPSCs הנגזרים מתאים של המטופל יכולים לשמש כדי לגדל איברים לא-תואמים, כמעט לחסל את הסיכון לדחייה ואת הצורך בדיכוי חיסוני ארוך חיים.זהו שינוי משחק לחולים עם סוגים נדירים של רקמות או כאלה שאינם יכולים לסבול תרופות מדכאות.
• (FLT:0) אספקת תאים בלתי מוגבלת: 1FLT:1 תאים Stem ניתן להרחיב ללא הגבלת זמן בתרבות, מתן מקור כמעט בלתי מוגבל של תאים לבניית איברים.זה מתייחס למחסור הכרוני של איברים התורמים - מעל 100,000 אנשים בארה"ב לבד לחכות להשתלת, ורבים מתים לפני קבלת אחד.
• (FLT:0)Repair בתוך הגוף:FLT:1 מעבר לאיברים שלמים, תאי גזע יכולים להיות מוזרקים ישירות לתוך רקמות פגומים כדי לעורר תיקון.לדוגמה, תאי גזע mesenchymal נבדקים כדי לחדש את שרירי הלב לאחר התקף לב, ואת תאי גזע עצבי לתקן פציעות חוט השדרה.
• (FLT:0)Disease Modeling and Drug Testing: FigalLT:1) רקמות איברים מונדסים מ- iPSCs של המטופל ניתן להשתמש כדי לייצר מחלות במנה, תרופות פוטנציאליות מסך, וגלו רעילות.זה לא רק מאיץ פיתוח סמים אלא גם מקטין בדיקות בעלי חיים.
• (FLT:0) ניכוי בביקוש לאיברים של Donor Organ:FreaLT:1) אפילו הנדסת איברים חלקיים - כגון יצירת כתמים ללב פגוע או פלחי הכבד - יכול להפחית את הצורך להשתלת איברים שלמים.זה מקל על לחץ על משככי איברים ומרחיב אפשרויות טיפול.

פריצות דרך חדשות ב Stem Cell-based Organ Engineering

השדה השיג מספר הצלחות ציון דרך, המדגים את הפוטנציאל המעשי של טכנולוגיית תאי גזע.אבני דרך אלה משתרעות מרקמות פשוטות לאיברים מורכבים, מוסקולריים.

מהנדס Bladders ו Tracheas

אחת ההצלחות הקליניות המוקדמות ביותר הייתה השתלת שלפוחית השתן של שלפוחית השתן אצל מטופלים עם ספיןה דופידה.שימוש בתאי שלפוחית השתן של המטופל עצמו נטוע על שלפוחית שלפוחית השתן, המנתחים שקמו בהצלחה שלפוחית פונקציונליות אשר שיפרה באופן משמעותי את ההדבקה הווטרינרית. בדומה לכך, טרכימות ממונדסות המהנדסות נעשו באמצעות תאי גזע על מסלול מפומי או סנומי, בעוד שלעתים קרובות, הם הוכיחו סיבוכים מוקדמים של תאים.

הלב פטס ומיני-Hearts

חוקרים מאוניברסיטת וושינגטון ובמקומות אחרים יצרו תותבות לב - הסדינים של תאי שריר הלב המפוצצים שמקורם ב- iPSCs - שניתן להתחבר באופן כירורגי לרקמות לב שנפגעו. במחקרים בבעלי חיים, אלה משפרים את תפקוד הלב על ידי מתן שריר חדש וניתוק חשמל.מאוחר יותר לאחרונה, מדענים במכון מקס פלאנק גדל לבבות אנושיים זעירים (אגואידים) המציגים פונקציונליים ונוחות אלה.

קטיני וחיורגואידים

קטיני איברים המכילים מבנים דמויי נויפרון נוצרו מ- iPSCs, מחקה התפתחות הכליות המוקדמת של האדם.בעוד שהם עדיין לא ניתנים להשתלת, הם שימושיים עבור מודל של מחלת כליות פוליציסטיות ובדיקת סמים. Liver Organoids, בדומה לכך, הוכחו לבטא פונקציות hepatic מפתח כגון סודיות וניקוי של אלבטן.

תגית: Vecularized Tissues

פריצת דרך גדולה הייתה היכולת מהנדס רקמות עם כלי דם פונקציונליים.על ידי תאים קצה-הקצה עם תאי גזע, החוקרים יצרו מבנים prevascularized כי להתחבר במהירות למחזור של המארח לאחר השתלה. לדוגמה, משחת עצם מונדסת עם רשתות ספינות בנוי-in-in- instructed פגמים העצם בהצלחה בבעלי חיים.זה מראש הוא קריטי כי חוסר של vascularization היה פעם microels של איברים לא יכול לשרוד.

אתגרים העומדים בפני הנדסת תאים Stem Cell Organ Engineering

למרות ההבטחה, מכשולים מדעיים וטכניים משמעותיים נשארים לפני שהאיברים המהנדסים הופכים לשגרה במרפאה.

וידוי וזעם

בניית רשת מלאה של כלי דם פונקציונליים שיכולה לספק כל תא באיברים גדולים נשאר המכשול הגדול ביותר.בעוד מבנים קטנים ואיברים שונים לשגשג, קנה מידה של כבד או כליות בגודל אנושי דורש רשת כלי שיט צפופה, היררכית. גישות נוכחיות - כגון 3Dprinting של ערוצים vascular או באמצעות פיגמנטים של איברים decellized - הם עדיין שיפור של מבנה קצר של מורכבות של קרקעית מולדת, ללא פיזור נכון.

מטבוליזם ותפקוד

תאים דמויי תאים סטרם דומים לעתים קרובות לרקמות העובר או לא בוגר ולא תאים בוגרים לחלוטין, פונקציונליים.לדוגמה, iPSC-derived cardiomyocytes לנצח אבל חסר את סרקומברס מאורגן ותכונות חשמליות של תאי לב מבוגרים. בדומה, כליות לייצר גרוטולי פרימיטיבי שרק חוקרים בדם הם מפתחים אסטרטגיות כדי לשפר את ההזדווג, כגון תקופות ארוכות, או פעילות גופנית, עם כל סוגי תאים מכניים, עם תפקוד תאים מתקדמים.

חסינות ודחייה

אפילו iPSCs של המטופל יכול לעורר תגובות חיסוניות אם חריגות מתעוררות במהלך reprogramming או differentiation. מחקרים אחרונים הראו כי Allogeneic iPSCs (מתורם) ניתן לדחות גם אם מתאים גדול hetocompatative מורכבות באולירציה מורכבת דרך מכלול של חוקרים הם חקרו:0אימוני גלימה אופטית FLT:1 LT 1 - תאים הנדסיים כדי לחמוק ממערכת החיסון על ידי חלבונים מסוימים מגזעיים ביטוי "מתאים" או "מתאים" (דלקתיים" (או" (דלקתיים) כגון) לניסויים אנטי-או" (דלקתיים).

סקלאלה וייצור

הפחתת מספיק תאים לבניית איבר אנושי שלם - מיליארדי תאים לסנטימטר מעוקב - היא אתגר ייצור עצום. שיטות תרבות נוכחיות מסתמכות על גורמי צמיחה יקרים ופרוטוקולים ידניים. מערכות ביולוגיות חייבות להיות מייעלות לייצר תשואה גבוהה של תאים טהורים, פונקציונליים. אוטומציה ושליטה איכותית הם הכרחיים לעמוד בסטנדרטים רגולטוריים.העלות של ייצור איבר ממונדס יחיד היא כיום מונעת, אבל כלכלות של קנה מידה וטכנולוגיות צפויות להיות נמוכות יותר מאשר זמן.

שיקולים אתיים והמשפטיים

מחקר תאי גזע, במיוחד מעורבים עוברים ושינויים גנטיים, מעלה שאלות אתיות משתנות על ידי סמכות שיפוטית.בעוד iPSCs להימנע מהוויכוח העוברי, בעיות סביב הסכמה מושכלת, בעלות על קווי תאים, והפוטנציאל של ניצול לרעה נשאר. סוכנויות רגולטוריות כמו ה- FDA מפתחים מסגרות למוצרים מבוססי תאים, אך הדרך לאישור הוא ארוך ולא בטוח.

כיוונים עתידיים ב Stem Cell Organ Engineering

העשור הבא מבטיח להאיץ את ההתקדמות באמצעות התכנסות עם טכנולוגיות אחרות.יש כמה דרכים מרגשות לרדוף אחריה.

3D Bioprinting and Organ Printing

הדפסה ביולוגית תלת מימדית מאפשרת מחיקה מדויקת של תאים, ביו-חומרים, וגורמי צמיחה לבנות שכבת ג'ממות מורכבות על ידי שכבה. חוקרים הודפסו רשתות כלי דם, שסתום לב ואפילו לב מיני-מעור עם מבנים דמויי תאים.שילוב של הדפסה ביולוגית עם תאי גזע מציע את היכולת ליצור איברים בצורת אישית באמצעות תאים משלך.

ג'ין אדית עבור Enhanced Tissues

CRISPR וכלים אחרים של מדיטציה גנים יכולים לשמש כדי לשנות תאים לפני הנדסת איברים.לדוגמה, מדענים ערכו iPSCs כדי להפוך אותם עמידים לזיהומים ויראליים או לייצר גורמים מדכאים אימונואידים. במחקר פורץ דרך, החוקרים ערכו תאי גזע חזיר כדי לחסל גנים שגורמים לדחיית יתר של בני אדם, ובכך לזרז את הדרך ל-xenoplantation - באמצעות איברים מהונדסים גנטית כמו תאים נגועים עבור תאים אנושיים.

Xenotransplantation משולב עם תאים Stem

במקום לגדל איבר אנושי שלם מאפס, כמה חוקרים משתמשים באיברים חזיריים מעובדים גנטית כדמונים.הם הצליחו לשחזר את השפעים האלה עם תאי גזע אנושיים כדי ליצור איבר שימרני אנושי. גישה זו ממנת את האדריכלות הקיימת ואת הvasculature של איבר החזיר תוך כדי מיצוי אותו עם תאים אנושיים.

תרופות אישיות ואיברים על-ידי

עם התקדמות בבנקאות iPSC ייצור אוטומטי, החזון של איברים על פי דרישה הופך להיות סביר.תאים של המטופל יהיה reprogram, מורחב, ומבדל לתוך הרקמה הנדרשת בתוך שבועות. ביולוגיים ו bioprinters יכול אז להרכיב את האיבר, אשר יהיה בוגר לפני השתלת חברות כמו Organovo, United Therapeutics, Cellinks עובד בכיוון זה, עם כמה תרופות פשוטות יותר כמו בדיקות כבדות.

שם הסרטון: The Road Ahead

תאים Stem יש קטזז שינוי פרדיגמטי בהנדסת איברים, מה היה פעם טבילה לתוך שדה פעיל עם תוצאות קליניות מוחשיות. משלפוחית השתן וטרכיאס לבבות זעירים וכליות, הוכחה של מושג הוקמה. עם זאת, בניית איברים פונקציונליים לחלוטין, השתלות נשאר אחד האתגרים המדעיים הגדולים של המאה ה -21.

התגמול הפוטנציאלי הוא עצום: סוף למחסור באיבר, חיסול דחיית השתלה, ואת היכולת לשחזר רקמות פגומים בתוך הגוף. כמו התקדמות מחקר, הנדסה של איברים מבוסס תאי גזע צפוי לנוע מטיפולים ניסיוניים לפרקטיקה רפואית סטנדרטית, שינוי חייהם של מיליונים. המסע מספסל ועד מיטת השינה הוא ארוך, אבל כל פריצת דרך מקרבת אותנו קרוב יותר לעתיד שבו שום מטופל לא מת לאיברים.

(ב) לקריאה נוספת, לחקור את ה-FLT:0.NIH Stem Cell Information SitePageofFLT ( 1:1), משאב מקיף על ביולוגיה תאי גזע.עבור מחקר שנערך לאחרונה על רקמות לב מהונדס, ראה את ה-FLT:2 נייר טבע על vascularal heartratedtFLT 3: The FLT:4 Mayo Clinic's of plantplantsLTF:2, מספק פרספקטיבה קלינית האחרונה של 3D.