Проектирование модульных каркасов для сложных структур органов

Проблема репликации природной сложности

Органы человека — это не простые однородные блоки тканей. Они содержат иерархические структуры сосудов, протоков, дольков и специализированных клеточных ниш, которые должны функционировать согласованно. Когда орган выходит из строя, текущий стандарт ухода зависит от донорских органов, но спрос намного превышает предложение. Тканевая инженерия давно проводит промышленные замены, но ранние попытки часто производили однородные конструкции, которым не хватало внутренней структуры, необходимой для поддержания жизненных функций. Прорыв произошел с переходом от монолитных каркасов к модульным каркасам: сборкам меньших, повторяемых строительных блоков, которые могут быть расположены для создания больших, сложных, васкуляризованных тканей. Эта философия дизайна отражает, как развиваются естественные органы и стала центральным направлением в регенеративной медицине.

Модульные каркасы предлагают путь к созданию тканей с контролируемой архитектурой в нескольких масштабах длины. Благодаря сборке функциональных блоков, которые имитируют самые маленькие структурные и функциональные компоненты органа, исследователи могут собрать эти блоки в более крупные конструкции, которые поддерживают жизнеспособность клеток, транспорт питательных веществ и тканеспецифическую функцию. Этот подход снизу вверх позволяет воссоздать сложные геометрии органов, которые трудно или невозможно достичь с помощью методов литья сверху вниз или литья.

Обоснование модульности в дизайне каркасов

Обычные методы изготовления каркасов, такие как литье растворителя или вспенивание газа, обычно производят пористые губки со случайным распределением пор. При этом адекватные для простых тканей, таких как кожа или хрящ, эти методы не способны воспроизвести упорядоченные, анизотропные структуры, обнаруженные в сложных органах, таких как печень, почки или легкие. В печени гепатоциты расположены в повторяющихся шестиугольных дольках, центрированных на центральной вене, с порталными триадами на периферии. В почках нефрон представляет собой высокоупорядоченную эпителиальную трубку с различными сегментами. Эти повторяющиеся функциональные единицы по своей природе являются модульными. Эшафот, спроектированный с модульными принципами, может воспроизводить эти повторяющиеся единицы и затем собирать их масштабируемым образом.

Модульная конструкция также решает критическую проблему васкуляризации, которая остается одним из самых больших препятствий в технике толстых тканей. Изолированные клетки могут выживать при диффузии только в пределах от 150 до 200 микрометров от источника питательных веществ. Без сосудистой сети крупные инженерные ткани развивают некротические ядра. Модульные каркасы могут быть спроектированы с интегрированными микроканалами или построены вокруг модулей микрососуда, которые при сборке образуют смежную сеть, способную к перфузии. Это позволяет немедленно доставлять питательные вещества и удалять отходы при имплантации, резко улучшая выживаемость клеток и интеграцию тканей.

Основные преимущества модульного подхода

Модульная стратегия обеспечивает несколько явных преимуществ перед традиционными конструкциями каркасов. Во-первых, она позволяет параллельное производство: отдельные модули могут быть изготовлены, охарактеризованы и контролировать качество независимо до окончательной сборки, снижая риск потери всей конструкции из-за ошибки изготовления. Во-вторых, модули могут быть смешаны и сопоставлены для создания специфических для пациента геометрий и гетерогенных тканевых композиций, таких как области ткани печени, перемежающиеся с модулями желчных протоков. В-третьих, модульная сборка позволяет включать несколько типов клеток в точные пространственные структуры, что необходимо для органов, которые полагаются на клеточные клетки и клеточные матрицы взаимодействия. В-четвертых, если модуль деградирует или выходит из строя после имплантации, окружающая ткань может оставаться неповрежденной, потенциально повышая безопасность и снижая риск катастрофического отказа.

Основные принципы дизайна для модульных органических лесов

Конструкция модульных каркасов требует балансировки нескольких конкурирующих требований. Модули должны быть достаточно большими, чтобы поддерживать функциональную ткань, но достаточно маленькими, чтобы позволить диффузию в течение начального периода после имплантации до сосудистого вспышки. Они должны быть механически прочными, чтобы выдерживать обработку и сборку, но достаточно пористыми, чтобы позволить миграцию клеток и массовый транспорт. Интерфейсы между модулями должны способствовать слиянию и непрерывности внеклеточного матрикса. Следующие принципы служат основой для эффективной конструкции модульных каркасов.

Биосовместимость и деградационная кинетика

Материал, выбранный для каркаса, должен быть биосовместимым, то есть не вызывать устойчивую воспалительную реакцию или токсические эффекты. Кроме того, скорость деградации должна соответствовать скорости образования тканей. Если каркас деградирует слишком быстро, структура разрушается до того, как клетки производят достаточную нативную матрицу. Если он деградирует слишком медленно, стойкий чужеродный материал может препятствовать ремоделированию тканей и вызывать хроническое воспаление. Продукты деградации должны быть нетоксичными и легко метаболизироваться или выводить. Общие материалы, такие как поли(молочная ко-гликолевая кислота) (PLGA) позволяют настраивать скорости деградации путем корректировки сополимерного соотношения лактида и гликолида.

Пористость, размер пор и взаимосвязь

Пористость каркаса имеет решающее значение для инфильтрации клеток, диффузии питательных веществ и удаления отходов. Для большинства приложений тканевой инженерии желательно пористость выше 80 процентов. Однако размер пор должен быть адаптирован к конкретному типу клеток. Для гепатоцитов могут быть подходящими поры в диапазоне от 20 до 100 микрометров, в то время как для эндотелиальных клеток, образующих капиллярные сети, более подходящими являются меньшие поры или каналы в диапазоне от 10 до 50 микрометров. Не менее важна интерконнективность: изолированные поры бесполезны для массового транспорта. Модульные каркасы могут быть разработаны с заранее заданными каналами, которые соединяют модули, гарантируя, что каждая область конструкции находится в пределах 150-200 микрометров от источника питательных веществ. Вычислительное моделирование все чаще используется для оптимизации пористости и архитектуры пор перед изготовлением.

Механические свойства и структурная целостность

Эшафот должен обеспечивать достаточную механическую поддержку для поддержания желаемой формы и противостоять силам от обработки, имплантации и физиологической нагрузки. Для мягких органов, таких как печень или легкие, модуль эшафот должен находиться в диапазоне от 1 до 50 килопаскалей, чтобы имитировать нативный внеклеточный матрикс. Для более твердых тканей, таких как кость, требуемый модуль должен на несколько порядков выше. Модульные конструкции также должны противостоять силам сдвига во время сборки и перфузии. Межблокирующие геометрии, такие как голубиные суставы или разъемы пресс-подложки, могут механически стабилизировать сборку без необходимости швов или клея. Однако эти особенности добавляют сложность процессу изготовления и должны быть разработаны, чтобы избежать точек концентрации напряжения, которые могут вызвать сбой.

Масштабируемость и стандартизация

Для того чтобы модульные каркасы были клинически жизнеспособными, модули должны быть поддаваться массовому производству с высокой воспроизводимостью. Для этого требуется стандартизация геометрии модуля, состава материала и протоколов загрузки клеток. При этом процесс сборки должен быть достаточно гибким, чтобы вместить формы органов конкретного пациента. Стандартизированные модули можно уподобить строительным блокам: конечный набор типов модулей, таких как кубы, цилиндры или разветвленные каналы, можно объединить для формирования почти бесконечного разнообразия более крупных структур. Автоматизация сборки с использованием робототехники или магнитного наведения является активной областью исследований, которые могут ускорить клинический перевод.

Выбор материалов и обработка

Выбор материала оказывает глубокое влияние на производительность каркаса. Синтетические полимеры обладают воспроизводимыми механическими свойствами и кинетикой деградации, в то время как натуральные полимеры обеспечивают превосходные биологические сигналы для адгезии и функционирования клеток. Многие модульные каркасы объединяют оба класса, чтобы использовать свои соответствующие преимущества.

Синтетические полимеры для модульного изготовления

Полилактическая кислота (PLA), полигликолевая кислота (PGA) и их сополимер PLGA являются наиболее широко используемыми синтетическими биоразлагаемыми полимерами. Их можно обрабатывать в волокна, сетки, микросферы и пористые блоки с помощью таких методов, как электроспиннинг, выщелачивание твердых частиц и 3D-печать. Поликапролактон (PCL) является еще одним популярным полимером с более длительным временем деградации, подходящим для применений, где требуется устойчивая механическая поддержка. Полиуретаны могут обеспечивать эластомерные свойства, имитирующие соответствие мягких тканей. Для модульных каркасов эти полимеры часто изготавливаются в виде отдельных пористых кубов или цилиндров, которые могут быть собраны в более крупные конструкции. Однако синтетические полимеры не имеют внутренних сайтов распознавания клеток, поэтому они часто покрыты белками внеклеточного матрикса или смешаны с биоактивными молекулами.

Природные полимеры и биогибридные подходы

Коллаген, желатин, фибрин, хитозан, альгинат и гиалуроновая кислота — это природные полимеры, которые обеспечивают отличную биосовместимость и клеточно-интерактивные свойства. Коллаген является основным структурным белком во внеклеточном матриксе и поддерживает адгезию клеток через интегрин-связывающие мотивы. Желатин, полученный из коллагена, сохраняет многие из этих свойств и перерабатывается в гидрогели. Алгинат, полученный из морских водорослей, может быть сшит с ионами кальция для образования гидрогелей в мягких условиях, что делает его пригодным для инкапсуляции клеток. Хитозан, полученный из хитина, является биоразлагаемым и обладает антимикробными свойствами. Гибридные полимеры часто используются для изготовления модулей посредством микроформования, образования капель или жертвенного темплирования. Гибридные каркасы объединяют синтетические полимеры для механической целостности с природными полимерами для биологической функциональности. Например, каркас PCL может обеспечить структурную основу, в то время

Продвинутые материалы для функциональных модулей

Недавние исследования исследовали проводящие полимеры и пьезоэлектрические материалы для создания каркасов, которые могут чувствовать и реагировать на механические или электрические стимулы. Углеродные полимеры, армированные нанотрубками, могут обеспечить проводимость для сердечной или нейронной тканевой инженерии. Полимеры с памятью формы могут позволить минимально инвазивную доставку модульных каркасов: модулей, которые самостоятельно собираются или разворачиваются при достижении температуры тела. Хотя эти передовые материалы все еще в значительной степени находятся на стадии исследования, они представляют собой захватывающие направления для создания интеллектуальных модульных каркасов, которые активно участвуют в регенерации тканей.

Техники изготовления модульных строительных лесов

Для изготовления модулей с контролируемой геометрией, пористостью и химией поверхности требуются методы точного изготовления.Для производства модульных каркасов было адаптировано несколько методов, каждый из которых имеет различные возможности и ограничения.

3D-печать и биопечать для изготовления модулей

Присадочные технологии изготовления, особенно экструзионная 3D-печать и стереолитография, позволяют создавать модули с точной внешней геометрией и внутренней поровой архитектурой. Путем печати модулей слой за слоем исследователи могут проектировать каналы, отверстия и взаимосвязанные особенности, облегчающие сборку. Биопечать расширяет эту возможность путем нанесения нагруженных клетками гидрогелей для создания живых модулей. Например, модуль, содержащий гепатоциты в гидрогеле коллагена, может быть напечатан вместе с модулем, содержащим эндотелиальные клетки, для формирования сосудистой единицы. Способность печатать несколько материалов одновременно позволяет создавать гетерогенные модули, имитирующие состав нативной ткани. Разрешение современных биопринтеров колеблется от десятков до сотен микрометров, подходящих для модулей порядка миллиметров до сантиметров.

Микрожидкостная генерация капель

Микрофлюидные технологии могут производить монодисперсные микрогели или гидрогели бусины, которые служат модульными строительными блоками. Контролируя скорости потока и геометрию канала, исследователи могут генерировать капли с однородным размером и инкапсулировать клетки внутри них. Эти микрогели могут быть сшитыми на лету и собранными для последующей сборки. Высокопроизводительный характер микрофлюидной генерации делает его подходящим для быстрого производства большого количества модулей. Малый размер микрогелей, как правило, от 50 до 500 микрометров в диаметре, позволяет их собирать в структуры с высоким пространственным разрешением. Однако механическая прочность отдельных микрогелей низкая, и стратегии склеивания их вместе необходимы для поддержания структурной целостности в более крупных конструкциях.

Жертвенное формование и закапывание

Жертвенное раскачивание — это техника, при которой изготовляют временную структуру, а затем удаляют, чтобы оставить позади каналы или пустоты. В модульных каркасах жертвенные шаблоны можно использовать для создания сосудистых сетей. Например, сеть жертвенных волокон, изготовленных из желатина или Pluronic F127, можно встроить в модуль и затем растворить, оставив после себя разветвленную сеть каналов. При сборке модулей каналы выравниваются для формирования непрерывной перфузионной сети. Жертвенное формование также используется для создания отрицательных форм для модулей со сложной внутренней геометрией. Плесень изготавливают с помощью 3D-печати или обработки, заполняют каркасным материалом, а затем удаляют после затвердевания.

Методы самосборки и направленной сборки

Спонтанная самосборка, приводимая в движение гидрофобными взаимодействиями, гибридизацией ДНК или магнитными силами, может организовывать модули в заранее заданные структуры без ручного вмешательства. Например, модули, покрытые комплементарными нитями ДНК, будут связываться только со своими соответствующими партнерами, что позволит точно организовать пространственную организацию. Магнитные модули, содержащие наночастицы оксида железа, могут направляться в положение с использованием внешних магнитных полей. Направленная сборка с использованием потока сдвига или акустических полей может выравнивать и упаковывать модули в плотные, упорядоченные массивы. Эти подходы уменьшают потребность в ручных манипуляциях и потенциально могут масштабироваться до крупных конструкций, но они требуют тщательной разработки химии поверхности модуля и физических свойств.

Применение в конкретных системах органов

Модульный каркасный дизайн был применен к нескольким сложным системам органов с многообещающими результатами.В то время как полный клинический перевод остается будущей целью, значительный прогресс был достигнут в доклинических моделях.

Ливер Ткань Инженерия

Печень является идеальной мишенью для модульных каркасов из-за повторяющейся дольчатой архитектуры и высокого метаболического спроса. Исследователи разработали модульные каркасы, где каждый модуль представляет собой функциональную дольку или ее часть. Модули обычно содержат центральный канал, имитирующий центральную вену, окруженный пористой матрицей, засеянной гепатоцитами и поддерживающими клетками, такими как клетки Купфера и стеллатные клетки. Когда собираются несколько модулей, центральные каналы выравниваются, чтобы сформировать сеть, которая может быть подключена к сосудистой системе реципиента. Исследования на моделях грызунов показали, что имплантированные модульные конструкции печени могут поддерживать выживание и функцию гепатоцитов, включая производство альбумина и синтез мочевины, в течение нескольких недель. Проблемы включают поддержание долгосрочного фенотипа гепатоцитов и предотвращение фиброза на интерфейсах между модулями.

Kidney Tissue Engineering (недоступная ссылка)

Почка представляет еще большую архитектурную сложность, с различными областями, включая кору, медуллу и почечный таз, каждый из которых содержит специализированные сегменты нефрона. Модули для почечной инженерии часто фокусируются на репликации нефрона в качестве фундаментальной функциональной единицы. Модули могут содержать блок клубочковой фильтрации, проксимальную канальцу, петлю Хенле и собирающий проток. Микрофлюидные каналы в модулях имитируют поток фильтрата и крови. Последние работы были сосредоточены на создании васкуляризированного клубочкового узла на чипе, который может быть интегрирован в более крупные почечные конструкции. В то время как строительство полной функциональной почки остается серьезной проблемой, модульные каркасы предлагают трактуемый путь для создания почечных вспомогательных устройств, которые могут обеспечить фильтрацию и реабсорбцию функций у пациентов с терминальной стадией почечной болезни.

Lung Tissue Engineering

Обширная площадь поверхности лёгкого и тонкий газообменный барьер делают его сложным для инженерии органом. Модульные каркасы для регенерации лёгких часто имитируют ацинарную структуру, терминальную функциональную единицу лёгкого. Модули спроектированы с центральным каналом дыхательных путей, окруженным альвеолярными мешочками, выстланными пневмоцитами типа I и типа II. Плотная капиллярная сеть оборачивается вокруг альвеол, чтобы обеспечить газообмен. Укладывая и соединяя эти модули, исследователи стремятся создать конструкцию с достаточной площадью поверхности для передачи кислорода и углекислого газа. Перфузия сосудистых каналов с кровью и вентиляция каналов дыхательных путей с кислородом позволяет тестировать функцию газообмена в биореакторах. Ранние результаты с децеллюляризированными матрицами лёгких, собранными из модульных компонентов, показывают перспективу для создания трансплантируемых конструкций лёгких.

Кардиологическая тканевая инженерия

Сердце требует синхронного сокращения выровненных кардиомиоцитов для генерации насосной силы. Модульные каркасы для сердечной тканевой инженерии часто состоят из пористых пластырей или цилиндрических модулей, которые содержат выровненные сердечные клетки. Эти модули могут быть уложены для формирования более толстых мышечных структур. Электрическая интеграция между модулями имеет решающее значение для обеспечения скоординированного сокращения. Проводящие материалы, такие как углеродные нанотрубки или золотые наночастицы, могут быть включены в модули для улучшения электрической связи. Предваскуляризация сердечных модулей важна для поддержки высоких метаболических потребностей сокращающейся сердечной ткани. Имплантация модульных сердечных пластов улучшает функцию сердца в моделях животных инфаркта миокарда, с доказательствами интеграции трансплантата и электрической связи с сердцем хозяина.

Стратегии васкулирования для модульных конструкций

Успех крупных модульных каркасов в решающей степени зависит от создания функциональной сосудистой сети. Для удовлетворения этого требования было разработано несколько стратегий.

Предварительно изготовленные сосудистые модули

Один из подходов предполагает изготовление выделенных сосудистых модулей, содержащих каналы или сети, предназначенные для переноса кровотока. Эти сосудистые модули перемежаются между тканевыми специфическими модулями во время сборки. Каналы выстланы эндотелиальными клетками для формирования нетромбогенного просвета. После имплантации сосудистые модули соединяются с сосудистой хозяйкой через хирургический анастомоз, позволяя немедленно перфузировать всю конструкцию. Этот подход был продемонстрирован на животных моделях со конструкциями размером до нескольких сантиметров. Основной задачей является обеспечение того, чтобы каждый тканевый модуль находился в пределах диффузионного расстояния сосудистого канала, что требует тщательного пространственного расположения и оптимизации плотности канала.

В ситу Васкуларизация через высвобождение фактора роста

Альтернативная стратегия заключается в содействии врастанию кровеносных сосудов-хозяев в каркас путем высвобождения ангиогенных факторов роста, таких как сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF) и основной фактор роста фибробластов (bFGF). Эти факторы могут быть загружены в каркасные модули и высвобождены контролируемым образом для привлечения эндотелиальных клеток из окружающей ткани. Такой подход позволяет избежать необходимости хирургического соединения сосудов, но медленнее, обычно занимает дни и недели для полной васкуляризации. В течение этого периода клетки в конструкции должны полагаться на диффузию с периферии, что ограничивает размер конструкции. Активно исследуются комбинированные стратегии, которые обеспечивают как предварительно сформированные каналы для немедленной перфузии, так и высвобождение фактора роста для долгосрочного ремоделирования.

Микрохирургический анастомоз и ангиогенная интеграция

Для крупных конструкций может потребоваться сочетание предварительно сформированных анастомосущных сосудов и ангиогенных факторов. Конструкция спроектирована с одним или несколькими крупными впускными и выпускными сосудами, которые могут быть хирургически соединены с артериями и венами реципиента. Эти крупные сосуды затем разветвляются на более мелкие каналы внутри конструкции, которые в конечном итоге соединяются с капиллярами-хозяевами посредством ангиогенеза. Этот гибридный подход показал успех в доклинических моделях конструкций печени и почек. Ключом является проектирование сети межсоединений, которая может выдерживать хирургические манипуляции и поддерживать проходимость при поддержке быстрой эндотелиализации.

Проблемы и новые решения

Несмотря на значительный прогресс, модульная конструкция каркаса по-прежнему сталкивается с серьезными препятствиями на пути к клиническому применению.

Источник клеток и иммуносовместимость

Посеивание больших конструкций с достаточным количеством функциональных клеток остается серьезной проблемой. Для взрослой печени человека требуется около 200 миллиардов гепатоцитов. Генерирование этого количества клеток из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSCs) является дорогостоящим и трудоемким. Аллогенные клетки из донорских органов ограничены в поставках. Кроме того, клетки должны быть защищены от иммунного отторжения, если они не получены от пациента. Модульные каркасы предлагают некоторые преимущества здесь, потому что иммуномодулирующие модули могут быть интерперсированы для создания толерогенной среды, или клетки могут быть инкапсулированы в иммунозащитные гидрогели, которые блокируют инфильтрацию иммунных клеток, позволяя обмен питательными веществами.

Модульная интеграция и интеграция интерфейсов

После сборки интерфейсы между модулями должны сливаться, чтобы образовать непрерывную ткань. Если промежутки между модулями слишком велики, они будут заполнены фиброзной рубцовой тканью, а не функциональной тканью. Биологические клеи, такие как фибрин или клеи на основе трансглутаминазы, могут связывать модули вместе. Альтернативно, модули могут быть спроектированы с взаимосвязанными поверхностными особенностями, которые минимизируют разрывы. Зависимый от времени слияние происходит по мере того, как клетки мигрируют через интерфейс и оседают в новом внеклеточном матриксе. Однако этот процесс может занять от дней до недель, в течение которых конструкция механически слаба. Ускорение сливания за счет посева модулей с высокой плотностью сократительных клеток или путем применения динамического механического кондиционирования во время in vitro культуры является активной областью исследований.

Витро созревание и биореакторная культура

Перед имплантацией модульные конструкции часто требуют периода созревания in vitro в биореакторе, чтобы клетки могли устанавливать соединения и производить матрицу. Биореактор может обеспечить перфузию культуральной среды, механическую стимуляцию и контроль кислорода. Проектирование биореакторов, которые учитывают геометрию собранных модульных конструкций, нетривиально. Кроме того, поддержание стерильности в течение недель культуры является сложной задачей. Разработка стандартизированных систем биореакторов, которые могут быть интегрированы в клинический рабочий процесс, необходима для облегчения одобрения регулирующих органов и широкого распространения.

Регуляторный путь и контроль качества

Модульные каркасы представляют собой сложные комбинированные продукты, которые представляют уникальные проблемы регулирования. Каждый модуль по существу является отдельным устройством или биологическим продуктом, и их комбинация в конечный продукт должна быть проверена. Контроль качества на уровне модуля имеет важное значение: каждый модуль должен соответствовать спецификациям для жизнеспособности клеток, пористости, механических свойств и стерильности. Сам процесс сборки также должен быть проверен для обеспечения согласованных и воспроизводимых результатов. Регулирующие органы, включая FDA и EMA, разрабатывают руководство для модульных тканевых продуктов, но путь остается неясным для многих продуктов. Раннее взаимодействие с регуляторами и надежная система управления качеством необходимы для успешного перевода.

Будущие направления и клинические перспективы

Область модульного дизайна каркаса быстро развивается, движимая инновациями в материаловедении, производстве и клеточной биологии. Несколько тенденций, вероятно, будут определять будущее этой технологии.

Интеграция искусственного интеллекта и машинного обучения в проектирование каркасов является многообещающей границей. ИИ может оптимизировать геометрию модулей, архитектуру пор и шаблоны сборки для максимизации жизнеспособности клеток и функции тканей. Генеративные алгоритмы проектирования могут исследовать миллионы возможных конфигураций модулей, чтобы идентифицировать те, которые наилучшим образом отвечают механическим и биологическим требованиям конкретного органа. ИИ также может автоматизировать контроль качества путем анализа микроскопических изображений модулей для обнаружения дефектов или несоответствий.

Еще одной ключевой тенденцией является разработка биогибридных модулей, которые объединяют живые клетки с электронными датчиками и исполнительными механизмами. Эти интеллектуальные модули могут контролировать здоровье тканей, доставлять лекарства или обеспечивать электрическую стимуляцию. Например, модули, содержащие датчики кислорода, могут обнаруживать области гипоксии и запускать высвобождение ангиогенных факторов. Пока еще рано, такие конструкции кибернетической ткани могут обеспечить персонализированный контроль обратной связи регенеративных процессов.

Достижения в технологии индуцированных плюрипотентных стволовых клеток обещают неограниченный запас клеток для конкретного пациента для посева модульных каркасов. По мере улучшения протоколов дифференциации iPSCs в зрелые, функциональные типы клеток будет возрастать возможность реализации аутологичных модульных конструкций органов. Объединение клеток, полученных из iPSC, со стандартизированными готовыми модулями каркасов может обеспечить оптимизированный процесс производства для персонализированных замен тканей.

Клинический перевод модульных каркасов для сложных органов, вероятно, начнется с внетелесных устройств или патчей тканей, а не с полной замены органов. Например, модульное устройство для помощи печени может быть использовано для поддержки пациентов с острой печеночной недостаточностью, в то время как их родная печень регенерирует. Аналогичным образом, модульные устройства для помощи почкам могут обеспечить альтернативу гемодиализу. Успех в этих более простых приложениях позволит создать производственную инфраструктуру, клинический опыт и уверенность в регулировании, необходимые для более амбициозных проектов замены целых органов.

Конечная концепция - это будущее, в котором пациенты с органной недостаточностью получают специально разработанную замену, построенную из стандартизированных модулей с контролем качества, которые собраны в соответствии с их анатомией и физиологией. Это видение амбициозно, но фундаментальная работа в модульном дизайне каркаса уже продемонстрировала доказательство концепции в моделях животных и ранних клинических испытаниях. При постоянных инвестициях и междисциплинарном сотрудничестве модульные каркасы готовы преобразовать ландшафт регенеративной медицины.