Tound Engineering'de Vascularizasyona Eleştirel ihtiyaç

Rejeneratif tıp, laboratuvardaki tamamen işlevsel organlar oluşturmak için uzun süredir çalıştı, ancak kalıcı bir şişenck, inşa edilmiş ve#8209; kan tedariki. perfusable mikrovasküler ağların gelişimi, bu temel sınırlamayı karşılayan bir atılımı temsil ediyor, alıcının dolaşımına kadar tek başına yeterli oksijen ve besinleri sağlamazsa, hücre ölümüne ve gresyona yol açabilir. perfusable mikrovasküler ağların gelişimi, bu temel sınırlamayı koruyan bir atılımı temsil eder.

Mikrovasküler ağlar, vücutların karmaşık teslimat sistemi, damarlar ve ve tonlardan oluşan. Gaz değişimi, besin taşıma, atık kaldırma ve bağışıklık gözetimi. Son on yılda, bu ağlar, teorik olarak organize edilmiş ve tam olarak yerel metabolik ihtiyaçlara uymaya yardımcı oluyor.Bir mühendis inşa edilmiş bir yapıda bu kadar karmaşıklık, hücre biyolojisi, malzemelerle biyofloresanslar arasında disiplinler arası işbirliği gerekli hale geldi.

Mikrovasküler Ağların Biyolojisi

Yapay mikrovasküler ağ oluşturmak için, bir ilk önce biyolojik mavi baskıyı anlamalıdır. Capillaries endotel hücreleri tarafından sıralanır, bu da gemileri çevreleyen yarı ve #8209; Kolektif, laminin ve fibronectinal tüplerin belirlenmesi gibi proteinlerin karmaşık bir karışımını içerir.

Anahtar sinyal yolları mikrovesellerin yaratılması ve yeniden modellemesini yönetir. Vascular endotelyal büyüme faktörü (VEGF) birgiogenez yönlendirir, angiopoietin‑1 gemi yeniden modelleme ve stabilite sağlar.Perşeküllü sistemlerde, bu faktörler uzaysal olarak kontrol edilir ve büyüme faktörü ve negatif dokular için çok az miktarda doğal olarak kontrol edilir.

Mikrovaskül fiziksel mimarisi eşit derecede önemlidir. Gemi çapları, 30-100 μm'ye kadar, herhangi bir mühendisli ağ, sadece sıvı akışı optimize eden ve en aza indirmek için fraktal geometrileri takip etmek gerekir. Doğal ağlar da zamanla buharlı yollara adapte olur.

Mühendislik Perfusable Networks'teki başlıca zorluklar

Önemli ilerlemeye rağmen, mühendisleştirilmiş organlardaki fonksiyonel mikrovasküler ağ oluşturmak korkutucu kalır. birincil engeller şunlardır:

  • [FONT:0)Vessel form ve istikrar: Endothelial hücreler kendi kendine ve #8209; uygun kutuplu ve sıkı kavşaklara monte edilmelidir.
  • [FONT:0]Seamless entegrasyon ev sahibi kan tedarikiyle: Inosculation – mühendis ve ev sahibi gemiler arasındaki bağlantı - iskemia'yı önlemek için hızla meydana gelir.
  • [FONT:0)Kontrol sırasında dışsal bütünlüğü: Mikroskobik gemiler kırılgandır ve cerrahi manipülasyon onları ezebilir veya rahatsız edebilir, hemorrhage veya occlusion'a yol açabilir.
  • [FONT:0)Rapid ve üniforma perfüzyon: Tüm doku hacmi, temel ölümleri önlemek için birkaç dakika içinde ulaşılmalıdır. Bu, düşük direnç yollarıyla hiyerarşik bir ağ talep eder.
  • [0]İnsan ve #8209'a kadar uzanacak; büyük organlar: [Düzd: 1 cm3 doku bloku bir yemekte damarlanabilir, tüm karaciğer veya böbrek için ölçeklendirmek, tam olarak konumlandırılan milyonlarca mikro kanal gerektirir.

Overcoming Diffüzyon Sınırları

Temel fiziksel kısıtlama, oksijenin dokudaki difüzyon sınırıdır - medya dolaşımına dayanan yaklaşık 100-200 μm.Bir damar ağı olmadan, hücreler uzun ve 9009 için gerekli olan taşıyıcılar; bu nedenle, perfusable kanallardan birkaç yüz mikron daha kalın inşa edilmelidir.

Immune Responses

Ağ formasyonunda kullanılan tümojen hücreler bağışıklık reddedilmesine yol açabilir. Otomatiklog endotel hücreleri, şüpheli materyalin intoks sistemi etkinleştirip desteklemesine yönelik olarak enflamasyonu tetikleyebilir. Biyomalzemeler, anjigenezleri teşvik ederken yabancı vücut reaksiyonlarını en aza indirmek için tasarlanmıştır.

Network Creation için Gelişmiş Teknikler

3D Bioprinting

Üç & #8209; Boyut biyoküresel hücreler tarafından doldurulan, hidrojekte edilen biyoinkütücüler kullanarak, canlı hücreler ve büyüme faktörleri, araştırmacılar daha sonra endotel hücreleri tarafından yazdırılabilir ve sonuçlanmış pluripotent bir hücre ve benzeri olmayan hücrelerle birlikte baskıya maruz kalırlar.

Coyel biyoprinting, bir nozul içinde bir nozul kullanır ve kök ve destek hücreleri, biyokatlı duvarlarla kolonyal baskıyı kısıtlar; dış kabuk, iki ve #8209 ile dolu bir hidrojekte edici içerir; foton polimerizasyonu alt ve #8209; 10 μm özellikleri elde etmek için, ancak çözüm sınırları şu anda kopiyonel baskıyı kısıtlar.

Mikrofabrikasyon ve Mikrofluidics

Mikrofabrikasyon teknikleri yarı iletken endüstriden adapte edilmiş kanal ağlarının oluşturulmasını sağlar, ancak implantasyon için daha az uygundur, çünkü PDMS, mikrofloresanlara kanal olarak transfer etmek için çok iyi bir yöntemdir.

Önemli bir ilerleme, gün içinde çözünen şeker veya jelatin liflerinin kullanımıdır. Fibers bir hidrogel matrisinde gömülüdür ve sonra birbirine bağlı kanallardan ayrılır. Endotheli hücreler bu kanallarda tohumlanmış ve form tıkanmış astarlar oluşturur. Ancak, süreç iş ve #82; Organ ve #82; 10 ila 300 μm arası uzunlukta ölçekler; birden fazla fiberler inşa ederek, biri, taklit doğal damarlar üretebilir.

Decellularized Vascular Scaffolds

Sıfırdan ağ oluşturmak için bir alternatif, hasta ve#8209 ile yeniden dekore edilebilir; bu yaklaşım tüm bir hayvan veya insan organından başarıyla uygulanır ve daha sonra da incelüler ağacı da dahil olmak üzere, doğuştan gelen scaffold, o zaman tamamen hücre dışı bırakma seviyesine geri dönmek için yerli mimarinin korunmasıdır.

Recellularizasyon, endotelyal hücreleri (büyük gemiler aracılığıyla) kontrollü baskı ve akış altında gerektirir. Hücreler, dirençin yüksek olduğu en küçük kapiller dahil olmak üzere tüm şubelere dağıtılmalıdır. - Proleksiyon molekülleri ile birden çok yuvarlak, bazen manyetik veya sentrifikasyon güçleri ile bir araya gelir ve birincil karaciğeri kullanarak son derece iyi çalışır.

Kendi ve #8209; Assembly ve Vasculogenesis

Doğru koşullarda, endotel hücreleri kendini ve #8209; capillary‑ Bu yöntem, 5–15 μm gibi hücrelere sahip olan ve sinerjik bir organizasyona sahip olan ve mikroploğa yönlendirmeli sistemlere sahip olan temelsel ağlara sahip olabilir.

Bu teknik şimdi damarlı deri greftleri ve kemik yedekleri oluşturmak için kullanılır. Ancak tüm organlar için, ağ topoloji üzerindeki kontrol eksikliği büyük engeller olarak kalacaktır.

Host Circulation ile entegrasyon

En mükemmel inşa mikrovasküler ağ bile ev sahibi kan tedarikiyle uyuşmazsa işe yaramaz.Anastomosis implantın sonları ve birbirleriyle iletişim kurmaları, form intercellular eklemleri ve sürekli lümenler kurmakta, bu işlem her iki taraftan da anjiojenik olarak süzdürülebilir.

Birkaç strateji entegrasyonu hızlandırır. Pre​ implantın ana arterini ve bir nakil gibi inşa etmeyi sağlar, ancak implantın en az bir tane büyük gemi olduğunu gerektirir.Daha küçük yapılar için, sadece implantın ana arterlerine ve ve ven ile ev sahibine bağlanmak gibi cerrahi teknikler; bu, birçok prefüzyonda kullanılır.

Bir başka meydan okuma trombozozisin önlenmesidir. Mühendisli gemilerin ışık yüzeyi anti-#8209; trombositülin ve heparin sulfate ile ısıtılabilir borular kullanılarak, nitrik oksitin pıhtılaşmasını azaltabileceği endotel hücreleri ile birlikte.Incorporating yavaş‑ sürüm prostclin analogları veya biyodegradasyonal olmayan süzgeçler kullanarak biyo-#8209;

Mevcut Başarılar ve Hurdles Kalan

Alan kanıt ve #8209;of & #8209; Örneğin, birkaç küçük hayvan modelinde teşhis edilen kalpli yamalar, bu yaklaşımları domuzlar gibi büyük hayvanlara ve göstermiştir.

Ana engeller ölçek ve dayanıklılıktır.Bir 1 cm3 doku bloğunu günlerce destekleyen bir damar ağı oluşturmak, dinamik bir ortamda aylarca patency for months in a dynamic, flowelial hücreler farkedilemez veya sürekli hear stresi altında bir duyarlılık haline gelebilir ve mural hücreler yeniden modellenebilir. Long‑ görüntüleme ile çalışma (örneğin, mikro & #8209;CT, iki‑foto;fotofa mikroskobu)

Bir lenfatik sistemin eksikliğidir. Doğal dokularda lenfajen kapaklar veya ko‑ kültür lenfajital endotel hücreleri, ancak bu sistem genellikle swell, sıkıştırıcı gemiler ve hava akışını yoksundur. Bazı gruplar şimdi lenfangiojenik faktörler veya co‑ dahil etmek için çalışıyor; kültür lenfastrojen endotel hücreleri, ancak bu durum bebeklik döneminde kalıyor.

Future Yol Tarifi

Maturation için Akıllı Biyoreactors

Vücudun hemodinamik ortamını taklit eden biyoreactors, üreme mühendisi mikrovasküler ağlar için kritiktir. Pulsatile akışı, döngüsel gerginlik ve fizyolojik hear stresi (1-10 dyn/cm2), endotelyal bir genliğe ve yukarılama teşvik eder. Sonraki‑ jenerasyon biyoreactors, oksijeni ölçmek için sensörler içerir ve gerçek zamanlı olarak direnç sağlar, geri bildirim ve #8209; kontrollü bir şekilde kontrol edilir.Bu, ağ daha yerli bir filiziğe doğru sürebilir.

Kişiselleştirilmiş Tıp ve Hücre Kaynağı

İndüklenen pluripotent kök hücreler (iPSC) büyük miktarlarda genişletilebilir ve genetik olarak stabilite veya bağışıklık toleransını artırmak için özel hücre kaynağı sunar; farklı damar yataklarının özel farmakülalarını yeniden yapılandırır (örneğin, beyin vs karaciğer hücreleri ve periferik hücreleri).

Organ‑on‑a‑Chip Entegrasyon

Mikrovasküler ağlar organ ve akciğer gibi organın yapısını ve işlevlerini geliştirmek için integraldir; a‑ ilaç taşıma, metabolizma ve ilaç toksisitesi için kullanılan mikrofloresans kanallarını bir araya getirerek, tedavi kullanımı için damarlı yapıların gelişimini hızlandırmak için, cipslerden gelen dersler doğrudan uygulanabilir mikrovaskülebilir dokular için uygulanabilir.

Transplantasyon Uygulamalarının Ötesinde Uygulamaları

Nihai hedef nakil ve#8209;ready organlar, perfusable mikrovasküler ağlar zaten yakın ve #8209; ilaç keşfinde kullanılan uygulamalar, toksikoloji ve hastalık modellemesi. Örneğin, damarize tümör modelleri, araştırmacıların kanser metastasislarını incelemesine ve test anti‑ kontrollü bir ortamda toksikolojiye sahip olması. benzer şekilde, damarize modeller ilaç keşfinde ilaç metabolizması ve her zamanoksisite modellerini doğru bir şekilde tahmin edebilir.

Bu platformlar ayrıca atherosclerosis, diyabetik mikroangiopati ve pulmoner hipertansiyon gibi damar hastalıklarının araştırılmasını sağlar.Hasta ve#8209; perfusable mikrovaskülmelerin dahil edilmesi ve test edilmiş genetik yatkınlıkların belirlenmesi, farmakolojinin daha fazla benimsenmesi ve test edilmesi önemlidir.

Uyuşturucu Taraması ve Zehirlenme Testi

Şu anda, beklenmedik damar toksisitesi veya fakir dağıtım nedeniyle birçok ilaç klinik denemelerde başarısız olur. Microvascular network cipsi gerçek ve #8209; Bu çiplerin etkileriyle dolu tekne bütünlüğü, perfüzyon ve endotelsel fonksiyonla artmaktadır. Örneğin, korelasyon sızıntı sendromu bu tür platformlarda ekranlanabilir, örneğin, test edilen ve #8209; risk bileşikleri erken. Bu çiplerin etkisi otomasyon ve çokluxing ile artmaktadır.

Angiogenesis ve Development Angiogenesis Angiogenesis ve Development

Mühendisli mikrovasküler ağlar da temel biyolojiyi incelemek için araştırma araçları olarak hizmet eder. Tam olarak büyüme faktörü gradients, matrix sertlik ve akış, bilim adamları anjiojenik filizleme, gemi maturasyon mekanizmalarına ve regresyona karşı koruma sağlar. Örneğin, son çalışma, perisitezis anlamlı matrix sertliklerini kontrol eder ve gemi çapındaki bu bulguları en iyi mekanik özelliklerle bilgilendirebilir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Perfusable mikrovasküler ağların mühendisi organlarındaki gelişimi, inşa edilen ve#8209 ile en heyecan verici sınırlardan birini temsil eder; kan naklinde daha fazla ilerleme sağlar, mikrofabrikasyon, uzun ve hücresel öz & #8209; Ev sahibi olmayan dolaşıma sahip olan, insan davranışının boyutlandırılması ve insan davranışının geliştirilmesine daha fazla katkıda bulunacaktır.

Daha fazla okuma için, bu kaynakları düşünün: Ulusal Sağlık Enstitüleri, 3D biyoköpektçe mühendisliği ve rejeneratif tıp) ile ilgili ayrıntılı bir incelemede bulunabilir; ve organ ve #8209; ve #8209; Yorumlar Malzemeler; 3D biyoküler ağların biyografi üzerine ayrıntılar, Bilimde [FLT: 7) Enstitülerde tartışılmaktadır.