인간 건강에 대한 키드니 네프론의 중요한 역할

각 인간 신장은 대략 1백만개의 nephrons를 포함합니다, 의 혈류를 거르는, 근본적인 양분을 재 흡수하는 책임있는 현미경 기능 단위 및 소변으로 낙관하는 폐 제품을. 이 복잡한 구조는 액체를 유지하고 전해질 균형은, 혈압을 통제하고, erythropoietin 분비를 통해서 빨간 혈액 세포 생산을 지원합니다. nephrons는 당뇨병과 같은 만성 질병 때문에, 고혈압, 신장병 또는 전염병에 전염병의 원인이 됩니다.

현재 Kidney 교체 치료의 제한

이식 부족 및 거부 위험

Kidney 이식은 ESRD 치료를위한 금 표준을 유지, 당뇨병과 비교 된 삶의 우수한 생존과 품질을 제공. 그러나, 미국의 대기 목록에서 3 명의 환자에 대해 단지 약 1 개의 공급을 중단하는 동안 지구 수요는 매년 이식을받습니다. 호환 기관이 발견 될 때, 수신자는 증가 된 감염 위험과 중립성을 포함하여 상당한 부작용을 수행하기 위해 평생 면역 억제제를 복용해야합니다.

Dialysis: 구명하지만 불완전한 대변

Hemodialysis와 peritoneal dialysis는 폐 제품 및 과잉 액체를 제거할 수 있습니다, 그러나 그들은 신장 기능의 가득 차있는 스펙트럼을 복제할 수 없습니다. dialysis 경험에 환자는 생활, 심장 혈관 합병증의 질을 감소시키고, 대략 35-40%의 5 년 생존율. 게다가, dialysis는 비타민 D 활성화와 erythropoietin 생산과 같은 신장의 내구 및 대사 역할을, 궤란하지 않습니다.

이 제약을주고, 재생 의학 및 조직 공학은 변형적인 대안을 제공합니다. ]3D 신장 중반의 바이오 프린트]은 결국 기증자 기관 또는 dialysis에 필요한 필요를 대체 할 수있는 기능적이고 이식 가능한 조직 구성을 만드는 것을 목표로합니다.

Nephron Engineering을 위한 3D Bioprinting의 약속

3차원 바이오 프린팅은 정밀 공간 조직과 같은 구조를 구축하기 위해 살아있는 세포, 생물 물질 및 성장 요소의 층별 증착을 가능하게 합니다. 전통적인 조직 엔지니어링 접근 방식과는 달리, 세포로 시체에 의존하는 비계, 바이오 프린팅은 복합체, 환자별 아키텍처를 만들 수 있습니다.

Bioprinted Nephron의 주요 구성 요소

기능적인 nephron는 특정한 기하학에서 배열된 다수 세포 유형을 요구합니다: glomerular podocytes, 황체 관 epithelial 세포, Henle 세포의 반복, 그리고 덕트 세포를 모으. 각 세그먼트는 명백한 수송 및 여과 기능을 실행합니다. 인쇄한 건축은 또한 산소와 영양분을 공급하기 위하여 관 네트워크를 통합하고 폐기물을 제거해야 합니다 - 주요 기술설계 도전.

바이오 콜라겐 공식]은 높은 viability로 이러한 다양한 세포 유형을 인쇄할 수 있게 되었습니다. 콜라겐, 젤라틴 메타크릴로릴(GelMA)과 같은 천연세포 매트릭스 성분에서 파생된 하이드로젤은 세포 접착, 유감, 그리고 차별화를 촉진하는 보조 미생물 미생물을 제공합니다. 연구자들은 또한 바이오 콜라겐의 저질성 물질을 함유한 바이오 콜라겐을 개발하여, 바이오 콜라겐의 저질성 물질을 함유한 바이오 콜라겐을 함유한 바이오 콜라겐을 개발하였습니다.

정맥류 후드

장기적인 생식에 있는 가장 뜻깊은 장애의 한개는 건설을 통하여 충분한 혈액 공급을 지키. Nephrons는 흡수와 분비를 촉진하는 관 모세관에 의해 감당하게 포위됩니다. 기능적인 혈관 기능 없이, 몇몇 백 미크론 보다는 인쇄한 조직 더 두꺼운은 hypoxia와 necrosis에서 고통합니다.

이 주소를 위해 과학자들은 nephron progenitors와 함께 endothelial 세포를 입금하는 공동 인쇄 전략을 고용하고 있습니다. ]sacrificialial Writing 또는 내장 인쇄와 같은 기술은 혈관 루멘을 형성하기 위해 endothelial 세포로 줄 수 있는 상호 연결 된 마이크로 채널 네트워크의 생성을 허용한다. 예를 들어, Nature]Nature]]의 2023 연구.

3D 프린팅 네프론 기능의 최근 혁신

필터링 유닛의 증거-

2019 년 Harvard의 Wyss Institute의 연구자들은 앨범 및 포도당의 활성 수송을 전시 한 최초의 생물 인쇄 된 유물 튜플 모델을보고했습니다. 인쇄 된 튜플은 인간적인 1 차 신장 세포로 줄어 들었으며 문화에서 최대 30 일 동안 장벽 기능을 유지했습니다. 그 이후로 여러 그룹은 유전체 여과 장벽과 Henle 세그먼트의 루프를 포함하기 위해이 발견을 확장했습니다.

Science Advances (2021)는 약물 유도 된 중성 응답을 캡슐화 한 인쇄 된 중반 및 혈관 구획과 신장에 칩의 제조를 설명했다. 이러한 모델은 현재 제약 검열에 사용되지만 동일한 생화 기술은 치료 이식에 적합합니다.

Stem Cell-Derived Nephrons의 통합

유도 된 pluripotent 줄기 세포 (iPSCs)는 환자 별 신장 세포의 무제한 소스를 제공합니다. nephron progenitor 세포로 iPSCs를 차별화함으로써, 연구원은 성공적으로 성숙한 페형 감적을 표현하는 글로머리와 튜롤을 인쇄했습니다. 2022 년 워싱턴 대학교에서 팀은 iPSC-derived nephrons를 인쇄 한 것으로 입증 된 마우스 신장으로 외과적으로 주입 할 수 있으며, primitive vase 및 dilutevase를 형성했습니다.

이 결과는 유망하지만 인쇄 된 구조는 작은 (밀리미터 규모의) 남아 있으며 전체 신장 교체에 필요한 매크로 조직이 부족합니다. 세포질의 생존력을 유지하면서 인체 크기의 구성을 확장하고 기능은 다음의 그랜드 도전을 나타냅니다.

Biomaterials 및 Bioinks : 인쇄 가능성의 기초

nephron 인쇄의 성공은 생분해의 기계적 및 생화학적 성질에 매우 달려 있습니다. 이상적인 바이오 inks는 인쇄할 수 있어야 합니다 (추가, 급속한 교차 결합), 세포 호환, 그리고 장기 기능을 지원할 수 있습니다. 최근 혁신은 다음을 포함합니다:

  • Multimaterial printing 다른 셀라덴 하이드젤 중간 구조 사이 전환되는 microfluidic printheads를 사용하여.
  • Halloysite nanotube-reinforced 젤라틴] 부패성 없이 기계적인 힘을 강화하는 hydrogels.
  • Supra 분자 생수는 역동성 젤화를 허용하며 인쇄 후 더 나은 세포 확산 및 조직 성숙을 가능하게합니다.

국립 보건 연구소 (NIH)와 같은 외부 자금 기관은 동물 모델의 안전 및 면역 호환성을위한 인쇄 된 신장 조직을 평가하는 몇 가지 초기 단계 임상 시험과 함께 신장 조직 공학을위한 사전화 된 바이오 스크램핑 개발이 있습니다.

Immune Acceptance 및 호스트 통합

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또한, 인쇄 된 조직은 호스트의 혈관과 비뇨기적 인 트랙과 내구성 연결을 설정해야합니다. [[FLT : 0]] 혈관 anastomosis[FLT : 1]] 바이오 프린트 신장 초안의 외과 기술은 개발중인 바이오 분해성 팔목과 레이저 보조 용접을 사용하여 개발 중입니다. [[FLT : 2]]의 2024 연구 [FLT : 3]는 2 주 동안 세포를 흘러 관통하는 세포를 통해 세포를 흘러 관통하는 데 성공적 인 연결이보고되었습니다.

윤리 및 규제 프레임

3D 프린팅 신장 중반의 임상 번역에 대한 경로는 엄격한 감독을 포함한다. FDA와 같은 규제 기관은 세포, 생체 물질 및 인쇄 장비를 통합하는 조합 제품에 대한 지침을 개발하고있다. 주요 고려 사항은 무균 보증, 배치 투 배치 재현성 및 종양 형성 또는 면역 합병증을위한 장기 모니터링을 포함한다.

Ethical debates는 세포 (embryonic 대 iPSCs)의 근원에 또한 센터를, 진보된 치료에 접근의 주식, 및 인간적인 증진을 위한 생물 인쇄 기술의 사용과 같은 무인한 결과를 위한 잠재적인 결과를 위한 잠재적인. 책임있는 혁신을 위한 투명한 대중적인 참여 및 튼튼한 펀딩은 근본적입니다.

] 당뇨병 및 소화 및 신장 질환 (NIDDK)과 같은 외부 자원은 현재 신장 연구 우선 순위의 상세한 개요를 제공합니다.

미래 방향: Lab Bench에서 Bedside에

확장 가능한 Bioprinting 플랫폼

산업 규모 바이오 프린트는 미크론 해상도로 구성 가능한 복합형 바이오 프린트를 출시했습니다. CELLINK과 Organovo]와 같은 기업은 여러 셀 유형의 적용을 동시에 증착할 수 있는 상용 프린터를 개발했으며, 신장 조직 생산을 가속화하기 위해 학술 센터와 협업하고 있습니다.

전자 및 센서의 통합

미래 인쇄 된 중반은 전자 센서를 통합하여 여과 비율, 산소 긴장 및 실시간 바이오 마커 릴리스를 모니터링 할 수 있습니다. 이러한 "스마트" 신장 초안은 주사 또는 발진의 초기 징후에 대한 진료소를 경고 할 수 있으며 적시 개입을 가능하게합니다.

Gene Therapy와 결합

인쇄 된 중반은 환자 세포 운반 유전 신장 질환 mutations에서 파생 된 경우, 인쇄 전에 유전자 편집은 결함을 수정할 수 있습니다. [[FLT :0]]PKD1[[FLT :1]] polycystic 신장 질환의 mutations, 예를 들어, organoid 모델에서 설명되고 생체 검사 된 구성으로 번역 될 수 있습니다.

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