הקדמה: התפקיד הקריטי של ואקליזציה בהתחדשות לוסונג

מחלות ריאות כגון מחלה ריאות חסימתית כרונית (COPD), פיברוזיס ריאות, וסימנטיקה ציסטנית משפיעות על מאות מיליוני אנשים ברחבי העולם.עבור תנאים של שלב-שלב, השתלה ריאות נותרה האפשרות היחידה מרפאה, אבל זה מוגבל מאוד על ידי מחסור באיברים התורם, דחייה כרונית, והגנת אימונוחיות.

הבנת הארכיטקטורה והחילונית של לונג

מערכת הדם של הריאות מורכבת באופן יוצא דופן.זה כולל שתי מחזורים נפרדים: מחזור הדם הכפופתי (עבור חילופי גז) ומחזור הדם הברוכיאלי (עבור אספקת מזון לדרכי האוויר) מחזור הדם הפולמונרי לבדו מכיל 300 מיליארד קפסולות משוערות, ויצר שטח הנדסי עצום - 70 מטרים רבועים - שבו חמצן ופחמן פחמן דו חמצני הם החליפו אלה קפיצות בגודל של ארקדיות בגודל של ארקדיות גדולות.

רירית ההמולה של כלי שיט אלה אינה אחידה; היא מציגה פנוטיפים נפרדים בהתאם לסוג הספינה (arterial, venous, capillary) תאים endotal, למשל, הם fenestrated ומבטאים ספציפיים כגון פלזמה vesicle-ed חלבון (PLAP). כל פגום לא רק לספק את הגאומטריה הרגעית המתאים לתאים מכניים יותר, אלא גם לגוון צלולים של תאים מכניים.

אתגרים מרכזיים ב-Vircularizing מהנדס Lung Tissue

לפני בחינה של ההתקדמות האחרונה, חשוב להבין את המכשולים הבסיסיים העומדים בפני החוקרים:

  • (FLT:0) רגישות והיררכיה: FLT:1 הריאות דורש רשת קפילרית צפופה מאוד עם ענף היררכי מדויק. הפיגום דמוי צינור פשוט לא ללכוד את הגיאומטריה השברירית הנדרשת עבור חילופי גז יעיל.
  • (FLT:0) פריונציה ומיומנות: גם אם נוצר רשת vascular, הוא חייב להישאר פתוח ומפוחד כראוי בדם תחת לחץ פיזיולוגי.
  • (FLT:0) תאימות לחיסון: FLT:1) ההסטוריום המונדס חייב להיות לא-חוסנוגני ומסוגל להתנגד להתקפה חיסונית, במיוחד אם נגזר ממקורות Allogeneic או iPSC.
  • (FLT:0)Scale-upmia: 1FLT 1 A חומר ריאות שימושי קלינית או איבר שלם דורש מיליארדי קפילות פונקציונליות.
  • (ב) [15] ⁇ עם המארח: ⁇ 1 (בהמשך ההשתלות), הרי שטבע המפונק חייב להישען על שטף הנמען במהירות כדי להימנע מאיזומיה ונכבועות.

כל אחד מהאתגרים האלה הוביל חידושים בחומרים, במיקור תאים וטכניקות ייצור.

חידושים ב Biomaterial Scaffolds עבור ויאקול Tissue Engineering

פולימרים בעלי ערך ביולוגי ו Matrices Decellized

עיצובים גפרואידים מוקדמים השתמשו בפולימרים ביו-דידיים פשוטים כגון חומצה פולית (חומצה גליקולית) ופוליcaprolactone (PCL) בעוד אלה מספקים תמיכה מכנית וניתוק לאורך זמן, הם חסרים את הביואקטיביות של אתרי המרחץ חוץ תאי (ECM) קפיצה גדולה הגיעה מפעפיים decellized ריאות - אשר הפכו את התאים שלהם תוך שמירה על תאי גזע ריאה מקוריים של תאים חשמליים ושרירים כוללים תאים פגומים של תאים.

הידרוגלים וטבעיים

הידרוגלs המורכב מהתנגשות, fibrin, חומצה היאלורונית, או Matrigel כבר בשימוש נרחב כי הם מחקים את הסביבה הרכה, המיושנת של רקמת ריאות.הם יכולים להיות מוזרקים כמו מבשרי נוזל וחצויים ב situ או בשימוש כמו bioinks עבור 3Dprinting. a דוגמה בולטת היא השימוש של ג'לטין (Gel) בשילוב עם אלמנטים מכניים עם ⁇ ם לעתים קרובות.

3D Bioprinting and Sacrificial מוליד

ייצור אדריגן מהפכה במרקם של רשתות vascular.טכניקות כגון bioprinting sacrificial להשתמש במשכה זמנית (מיוצרת מ-F127 פלואורטוני, ג'לטין, או זכוכית פחמימות) אשר מודפס לתוך תבנית, ולאחר מכן הוסר לאחר חומר רב-חומרי מקיף המקיף מופעל על ידי תאי דם מרובים ו-Edowiclefrelimates (החומרים) אשר יכולים להיות מחוברים לאחרונה עם תאים של תאים של תאים של תאים תלת-אדום-אדום-אדום-אדום-אדום-אדום-אדום-אדום (VFicercupicerctoph) ו-Fireplecuptophine) ו-Firecupreplereplecuptortortortortortortortortortortortortortorque) באמצעות תאים חשמליים (Val) אשר מופעלים) אשר יכול לאחרונה).

אלקטרוסיפין ו-Nanofiber Scaffolds

אלקטרוספינינג מייצרת מזרנים לא מזוהים של סיבים ננוקליים המחקים את פיברוס ECM. על ידי שימוש סיבים תואמים או אספנים מנדל"ן, ניתן ליצור קונוטציות ארוכות דומות ליצירות אמנות קטנות. בעוד אלקטרוספניות ביצור כלי עם יחס גבוה-ל-to-volumes, זה מאתגר ליצור את רשתות היררכיות, החלות הנדרשות לתבניות ריצוף-החדש-.

התקדמות במקורות תאים וטכניקות תרבות

תאים אנדוטיאליים: מראש ועד iPSC-Derived

הסוג התא האידיאלי עבור רקמת ריאות פולשנית הוא תאים אנדוטיאליים ולוגראניים (ECs), אבל איסוף מספרים מספיקים של המטופל הוא בלתי מעשי.תאים אנדוטיים של הוורוטלית (HUVECs) משמשים נרחב עבור הוכחה-of-of-specive מחקרים, אבל הם נגזרים מכלי גדול ואינם מעצימים לחלוטין את הphenotype של תאים של דלקת ריאות (Fite) מראש.

מערכות קוסמטיקה ו-Ordyoids

(ורקמת אשולרית אינה קיימת בבידוד; היא דורשת תמיכה בתאים כגון pericytes, תאי שרירים חלקים, ו- fibroblasts לייצב כלי שיט חדשים שנוצרו לאחרונה.מודלים של Co-תרבות הראו כי תאים מטבוליים mesenmal (MSCs) יכולים לפעול כמו תאים דמויי דלקת ריאות (Ricyte-butial) אשר משלבים את תאי האלרגיים הקטנים (Danialvastial) ו-i) אשר נוצרו ב-ivicial) עם תאים).

Bioreactor Systems for Maturation

טיפוח רקמת vascular המונדסת בתנאים סטטיים מניב רשתות דקות ושבריריות. Bioreactors החלים על היתוך מבוקר, לחץ, וזן מחזורי הם חיוניים להתבגרות. הם מדמיינים את הסביבה המכנית של הריאות, קידום היערכות EC, הידוק תאים-תאים, ולהגדיל את הייצור של חלבונים ECM כמו קולגן IV ו laminin. , עכשיו משלב חמצן, אמצעי הנשימה, אפילו כדי לבודדים תאים אלה היו בשימוש כדי להשיג את מחזור הנשימה.

אסטרטגיות ל Induce Rapid Vascularization in Vivo

אפילו הטוב ביותר בשקע בוגר צריך להתחבר עם הזרם המארח לאחר השתלה. אסטרטגיות מספריות מופנות כדי להאיץ את האנסומוזיס הזה:

  • (FLT:0)Prevascularization: FLT:1 המבנה המונדס מושתל לראשונה באתר רב-וסקולרי ביותר - כגון omentum או a השריר - במשך כמה ימים כדי לאפשר כלי מארחים להתחלחל לפני העברתו לריאות.זה הצליח עבור גניבת טרכאית, אך הוא מאתגר יותר עבור רקמות שלמות.
  • (FLT:0Growth factor Delivery:FLT:1hil מבוקרת של VEGF, angiopoietin-1, ו- bFGF מ- scaffolds מקדם את מערכות האוניות המארחות ingrowth. ,Satio זמניות (למשל, מיקרוספירות מבוסס-מיקרוסקופים) יכול ליצור ⁇ s כי הדרכה של קווי הגירה של מארחים EC.
  • (FLT:0Microsurgical anastomosis:BuildFLT:1) במודלים בעלי חיים גדולים, החוקרים קשרו באופן כירורגי את העורק הראשי של הרקמות המונדסות ואת הווריד למחזור הנמען של הנמען.זה דורש כי קירות כלי המלאכותיים יהיו חזקים מספיק כדי להחזיק בורות ומתנגדים קרישה.
  • (FLT:0) בגיוס של תאים זורמים:ראה LT:1) גישה אלגנטית אחרת משתמשת פיגומים המצופה נוגדנים שלוכדים את תאי ה- progenitor של endothelial (EPCs) כזרימת דם דרך הבניין, EPCs לדבוק, מבדיל, ויוצרים את אנדוריום פונקציונלי.זה מבטלת את הצורך עבור pre-Seeing ו נבדקה in vascular gras.

אינטגרציה עם Alveolar Regeneration

המטרה הסופית של הנדסת רקמות הריאות אינה רק ליצור כלי דם אלא לבנות יחידות חילופי דם פונקציונליים. alveolus הוא מבנה עדין המורכב שכבת אפיתל (טיפוס I ו-II pnealocytes), מזכרת מרתף, ושכבה קצה-החללית דקה - כל התקדמות עסיסית ב alveolar יש regenerationed מקבילה תאים, לדוגמה valmeamic, עם תאים פגומים בהצלחה.

(הגישות הביו-מרמטיות באמצעות שבבים מיקרו-השפעה הוכיחו ערך.Lung-on-a-chip כוללות שני ערוצים מקבילים - אחד מקוה עם אפיתליום וחשוף לאוויר, השני קו עם endothlium ו חדורים עם מדיום - נפרד על ידי ⁇ membrane.מערכת זו משכפלת תכונות מפתח של alveolar-capillary שימשהמחקר רעיל ו-fic (Fic) ל-Fintexited to the R.

כיוון מבטיח אחר הוא השימוש של איברהורי המכיל הן אפיתאלי והן משככי כאבים קצה. כאשר איברים אלה גדלים ביולוגי עם מתיחה מחזורית ומיזוג, הם מפתחים מבנים אלבקלואר בוגר יותר.כמה איברים אפילו לייצר גולשים, מתחם דמוי חלבון חיוני להפחתת מתח פני השטח.

תרגום קליני

למרות התקדמות משמעותית, לא נבדקו עדיין ריאות מהונדסים לחלוטין בבני אדם.הההידים ניתנים להפרדה. מחקרים קליניים בבעלי חיים גדולים (מדומים, כבשים) הראו כי ריאות מחוסנים ניתן לתקן ולהשתל לתקופות קצרות, אך גם פטיות לטווח ארוך ותפקוד מתמשך לא הוכחו.

עם זאת, כמה ניסויים קליניים הם בדרך עבור מבנה רקמות vascularated פשוט יותר.לדוגמה, רקמות vasineered vascular grafts עבור ניתוח לב וכלי דם לילדים נכנסו מוקדם-phase מחקרים.שיעורים למדו מהיישומים האלה - כגון החשיבות של אנטיקוגניציה, ציפויים אנטי דלקתיים, ומיקור תאים - יודיע ישירות על התפתחות של מבנים ריאות, אך לא מתאים לרקמות מקומיות, אלא לא מתאים לדלקת ריאות, אלא אם כימות, אלא אם כן, אלא תאים, או תאים, לא מתאים, אלא תאים, לא מתאים, אלא תאים, אלא תאים, אלא תאים, או תאים, כדי להחליף תאים, אם כן, לא מתאים, או תאים, אם כן, כדי להחליף תאים, או תאים, כדי להחליף תאים, או תאים, או תאים, או תאים, או תאים, כדי להחליף תאים, לא מתאים, לא מתאים, כדי להחליף תאים, כדי להחליף תאים, כדי להחליף תאים, כדי להחליף את היישום הראשון, לא מתאים לרקמות מעבדה סטנדרטיים, אם כן, לא מתאים, אם כן, אם כן, כדי להחליף תאים, לא מתאים לרקמות מעבדה מקומית, אלא תאים, או תאים, לא מתאים לרקמות מעבדה מקומית, אלא תאים, אם כן, אלא תאים, אלא תאים, אלא

כיוונים עתידיים

רפואה משלימה ועיצוב

הדמיה ספציפית לחולה (CT, micro-CT) יכול כעת לספק מודלים דיגיטליים של vasculature הריאות עם micron-resolution בשילוב עם דינמיקת נוזל חישובית, החוקרים יכולים לייעל עיצוב פיגומים עבור עמידות זרימה מינימלית ופורזציה אחידה. אלגוריתמי למידת מכונה מאומנים לחזות כיצד תאים ריריים יגיבו לגיאומטריה שונה ורמזים ביוכימיים, המאפשרים מהירים יותר של עיצובים של עיצובים אפילטיים.

מוצרים מחוץ ל-Shelf

לשימוש קליני נרחב, רקמות ריאות מונדסות צריכות להיות זמינות "מחוץ למדף" זה דורש שיטות זעקה חזקות עבור מבנים מוטבעים וקווי תאים אוניברסליים שהם hypo-חסנוגניים. Gene-edited iPSCs (למשל, עם מחיקת גנים MHC או overexpression של CD47) מפותחים כדי להתחמק הן סלולריות והן הומוראלי, המאפשרות לשרת תאים רבים.

ב Situ Tissue Engineering

במקום לגדל רקמת במעבדה ולשתול אותה, בגישות של ישיבה נועד לגייס את התאים של המטופל עצמו לפסל שהוצב בגוף. הידרוג'לים בלתי ניתנים להזרקת שמרכיבים ערוצי vascular על חשיפה לאור קרוב לערעור, או פיגומים שמשחררים chemoattractants עבור פרוגניטיביים נוהלים, יכולים למזער את הצורך עבור גישה זו באופן מינימלית עם ההתערבות פולשנית.

מסקנה

ההתקדמות בהנדסת רקמות פולשנית מתפוררת בהתמדה את המחסומים להתחדשות ריאות פונקציונלית.חדשנות ביו-חומרים - החל מ ECM דה-תאים ועד הידרוגלס מודפס 3D - עכשיו לאפשר יצירת של היררכי, חד-משמעי, תרגם את ההתקדמות המוחית של חולי ריאה מנוסים יותר, בעוד שהתקדמות המקבילה בתאי גזע הפכה את זה אפשרי לייצר תאים אנדלוסיים ספציפיים ופרק תרבותי עם תאים אפילטיים אלה, בעוד שעדיין לאביריים לטווח ארוך, בעוד שעדיין לאותם של מרפאות דלקת ריאות, בעוד שעדיין לא יהיו עמידים, 000 תאים עצביים, וקבוצתיים, מרפאות דלקתיים, 000 מרפאות דלקתיים, 000 מרפאות דלקת ריאות לטווח ארוך יותר, 000 פיזיולוגית, 000 פיזיולוגית, 000 ריאה, 000 מרפאות דלקתיים, 000 מרפאות דלקתיים לטווח ארוך ריאה, 000 מרפאות דלקת ריאות לטווח ארוך יותר, 000 ריאה, 000 ריאה, 000 ריאה לטווח ארוך יותר, 000 ריאה, 000 ריאה לטווח ארוך ריאה, 000 ריאה לטווח ארוך ריאה, 000 ריאה, 000 ריאה, 000 ריאה, 000 ריאה, 000 ריאה לטווח ארוך מרפאות דלקת ריאות לטווח ארוך יותר, 000 ריאה