再生医療財団:臓器の足場と課題

再生医療は、組織工学のための角質技術として新興臓器の足場と過去10年間に大幅に進んでいます。 これらの足場は、細胞が機能組織に付着、増殖、そして差別化するために一時的なマトリックスを提供する3次元構造です。 伝統的に、足場は、生体適合性ポリマー、細胞化天然組織、または合成材料から作られています。 しかし、これらの足場の方向性は、これらの足場の形成を正確に制御してきました。 ナノスケールの組織は、組織が、組織を直接変化させることができないように、組織を予測することができます。

ナノパターン表面を理解する

ナノパターンの表面は、1〜100ナノメートルの範囲の機能で設計された材料です。 これらのナノスケールのトポグラフィは、自然に物理的および化学的キューを細胞に提供する、細胞外マトリックス(ECM)の複雑な構造を模倣することができます。 グルーブ、リッジ、ピット、または柱などのパターンを適法に作成することにより、科学者は、細胞の付着、アライメント、マイグレーション、および差別に影響を与える表面を設計することができます。 一般的な材料には、シリコン、二酸化チタン、および多重金属などの特定の方向性および特定の方向性を直接作用する、および分子の反応が含まれている。

ナノパターンの製作技術

ナノパターン表面を生成することは、高度なナノファブリケーション方法を必要とします。 電子ビームリソグラフィは、正確なパターン作成を可能にしますが、多くの場合、大面積の低速で高価です。ナノインプリントリソグラフィは、ポリマーにパターンをスタンプする費用対効果の高い代替手段です。レーザー干渉リソグラフィは、大きな表面上の定期的なパターンを作成することができます。このようなブロックコポリマーリソグラフィなどのセルフアセンブリ技術は、均一ナノ構造を生成するためのスケーラブルなアプローチを提供します。これらの方法は、研究者が、スペクタやターゲットの種類やターゲットの深さに合わせて調整することができます。

ナノスケールのトポグラフィに求められる細胞のメカニズム

細胞は、一体化された密着性で環境と相互作用します。細胞がナノパターンの表面に上陸すると、その線維症はナノ構造をプローブします。パターンが並んでいる場合は、平行溝、細胞のシトケルトンが、尾根に沿って焦点の付着を確立するという方向に変化します。このプロセスは、接触ガイダンスとして知られ、細胞がパターンの方向に伸び、移行する原因となります。間隔と速度は、100〜500メートルの角度から100メートルの角度まで変化します。

焦点距離とCytoskeletal Dynamics

焦点付着は、ECMをシトステリトンにリンクするタンパク質複合体です。ナノパターン面では、これらの付着は、特徴のエッジに優先的に形成されます。研究は、パターンがインテグラインスクラスタのサイズに一致するときに成熟した焦点付着の形成が強化されることを示しています。これは、細胞の広がりと偏光を調整するFAKやRho GTPasesなどの信号経路の活性化を促進します。その結果、細胞が増殖するだけでなく、特定の遺伝子発現を増加させるだけでなく、特定の遺伝子発現や遺伝子の発現を促進します。

特定臓器の足場の適用

ナノパターンの表面を臓器の足場に統合することは、複数の組織タイプに有効であることを証明しました。 必要なガイダンスの程度は異なりますが、原則は一貫しています:組織されたアーキテクチャは機能的な組織を産みます。

心臓組織工学

心臓は、無毒で契約するために心が整列した心筋細胞に依存しています。心臓の足場では、ナノパターンの表面は、ミクミクのネイティブmyocardiumを延長するバンドルを形成するためにmyocyteを奨励します。研究は、そのようなアライメントが伝導速度と収縮力を改善することを実証しました。例えば、ナノパターンのポリウレタン足場を使用しての研究は、心臓細胞のアライメントが平坦な表面と比較して80%増加したことを示し、より多くの組織の結合を合わせた。

神経組織再生

神経系では、脊椎骨の損傷や周辺神経の損傷を修復するために、方向成長が不可欠です。ナノパターンの足場と整列ナノ溝ガイド軸拡張とシナプス形成を促進します。 1つのアプローチでは、研究者は、両方の地質および化学的なキューを提供するためにラミネンのナノロッドパターンをコーティングし、強化された神経結合と動物モデルの瘢痕組織形成を促進しました。

肝組織工学

胆管および副鼻腔を含む肝臓の複雑なアーキテクチャは、足場の設計挑戦を作ります。ナノパターンの表面は、肝細胞の極性および機能を維持するのに役立ちます。例えば、マイクロとナノパターン表面は、薬物代謝の調査をサポートするレバーオンチップ装置を作成するために使用されてきました。足場ベースのアプローチでは、一直線的なパターンは、肝細胞組織をコードに奨励し、アルブミンの分泌とシクロムトープP450の活動を改善します。

腎臓と筋骨格のチス

腎臓の足場のために、ナノパターンは管状パターンに沿って腎細胞をオリエントすることによって神経のような構造の形成を導くことができます。骨および軟骨工学では、ナノパターンは幹細胞の分化に影響を及ぼします。特定の次元の溝は骨粗しょうかコンドロンの結合にmesenchymalの幹細胞を誘発できます、最終的にはホスト組織とよりよいに導きます。

今後の現在の制限

約束にもかかわらず、いくつかの課題は残っています。 大規模な足場のためのナノパターンの生産をスケーリングすることは些細ではなく、ナノファブリケーションの方法は小さな領域に限定されています。 複雑な3D構造のパターンの均一性は、別のハードルです。 さらに、生理学的条件下ナノパターンの長期的安定性が確認されなければなりません。 成長因子やペプチドなどのバイオアクティブ分子との表面処理は、機能性を高めますが、複雑さを高めることができます。 ナノファシリテーションの研究開発は、ナノファシリティや多種のパターンをロールに加工するナノパターンを研究に焦点を当てています。

生体適合性および免疫反応

不当な材料は、有害免疫反応を誘発することを避ける必要があります。ナノパターンは、例えば、特定のパターンは、マクロファージの活性化と線維症を低下させる免疫細胞の動作に影響を与えることができます。炎症抑制マクロフェノタイプを促進する表面を設計することにより、研究者は統合を改善し、拒絶リスクを減らすことができます。この2つの役割は、トポグラフィおよび免疫調節剤の調査の有望な領域です。

ナノパターンの足場における未来の方向性

フィールドは、パーソナライズされた機能的な足場に向かって移動しています。 3Dバイオプリンティングの進歩により、ナノパターンの組み込み、レイヤーによるレイヤーによる足場の生成が可能になります。 2つのフォトン重合のような技術は、自然組織を模倣する複雑な階層パターンを生成できます。 人工知能は、特定のセルタイプのためのパターン設計を最適化し、細胞が異なる幾何学的反応を予測するために使用されます。

複合地質および生化学的カエ

シグナル伝達分子の制御されたリリースでナノパターンを統合すると、相乗的アプローチが提供されます。例えば、神経成長因子(NGF)でコーティングされた整列溝が、神経幹細胞の向きと差別性を両立させることができます。この組み合わせは、複数の細胞タイプが正確に整理されなければならない複雑な臓器構造のために探求されています。腎臓の神経や肝胞など。

臨床翻訳と規制経路

多くの研究は、非臨床段階にあるが、ナノパターン製品には、創傷治癒と骨の修復のための臨床試験がいくつかあります。 臓器の足場のために、翻訳は、安全性と有効性のための厳格なテストを必要とします。 FDAは、組み合わせ製品のためのガイダンスを持っています、そして企業がナノパターンメッシュとパッチのアプリケーションを提出し始めています。 成功は、これらの表面は、現在の基準と比較して組織と機能を大幅に改善することを実証するに依存します。

主要テイクアウトとロードアヘッド

ナノパターンの表面は、臓器の足場における細胞の成長を導く強力な方法を表しています。自然ECMの地理を模倣することによって、これらの表面は直接細胞のアライメントを促進し、組織の組織を強化し、機能的な結果を改善します。心臓、神経および肝組織のアプリケーションは、特定の約束を示しています。製造技術が成熟し、細胞表面相互作用の理解が深まるにつれて、ナノパターンの足場は、再生医療における標準的なアプローチになる可能性があります。

  • 組織の強化 - 増加した成長パターンは、より機能的な組織につながります。
  • []機能統合[の改善] - Scaffoldsは、より優れたミクム的なネイティブオーガンアーキテクチャを改良しました。
  • 拒絶リスクを低減 – 免疫調節パターンは、副作用の応答を最小限にします。
  • 加速治癒プロセス] – ガイドされた細胞の移行は、修理をスピードアップします。

詳細については、リーダーは[]の国立生物医学イメージング研究所とバイオエンジニアリング]のリソースを探索することができ、ジャーナルの最近のレビューはの自然レビュー材料[。 接触ガイダンスメカニズムに深く潜入するために、元の作業は]])。 バイオマテリアルのは、ナノファサードは、ナノファサードが、非経口作用を生成する。 ナノファサードは、ナノファサードは、非破壊的なフィールドを再生する。