Vai trò quan trọng của loài người là Nê - phi - rôn

Mỗi thận người chứa khoảng một triệu chất thải (FLT: 0]. Những cấu trúc phức tạp này bảo tồn sự cân bằng trong máu, điều hòa huyết áp suất và hỗ trợ việc sản xuất hồng cầu qua sự tiết ra bột lọc. Khi các tế bào nephron mất dần do bệnh tiểu đường, tăng huyết áp, hoặc viêm gan, thì khả năng lọc thận giảm dần, dẫn đến hậu quả của bệnh dịch trên toàn thế giới (hơn 8 triệu người nhiễm bệnh, hoặc cần thêm nhiều người nhiễm bệnh về thận hoặc suy thận).

Giới hạn của việc thay thế các loại hình trị liệu hiện nay

Các cơn co giật và nguy cơ từ chối

Việc cấy ghép thận vẫn là tiêu chuẩn vàng cho việc điều trị ESRD, cung cấp sự sống cao hơn so với việc chạy thận, nhưng nhu cầu toàn cầu cho thận ngoài mức cho bệnh nhân chỉ có khoảng 1 trong 3 bệnh nhân đang chờ ở Mỹ được cấy ghép. thậm chí khi một cơ quan tương thích được tìm thấy, người nhận phải dùng thuốc miễn dịch cả đời để ngăn chặn sự từ chối, mà có tác dụng phụ đáng kể bao gồm cả nguy cơ nhiễm trùng và sự bền bỉ của nephtoxi.

Chẩn đoán: Một phụ nữ cứu mạng nhưng bất toàn

Bệnh nhân chạy thận giảm chất lượng cuộc sống, biến chứng tim mạch, và tỉ lệ sống sót 5 năm chỉ có 35-40%. Hơn nữa, thận không thể chỉ ra các chức năng nội tiết tố và trao đổi chất của thận, như kích thích vitamin D và sản xuấtrythrotropotin.

Với những hạn chế này, việc tái tạo thuốc và kỹ thuật mô cung cấp một phương pháp thay thế. [FLT: 0] Bản in sinh học 3D [FLT:] nhằm tạo ra những mô có thể thay thế cho các cơ quan hiến tặng hoặc thận.

Lời hứa về việc in sinh học 3D cho kỹ thuật Nphron

Việc in ra các cấu trúc sinh học ba chiều cho phép việc lấy lời khai từng lớp, từng tế bào sống, vật liệu sinh học và yếu tố tăng trưởng để xây dựng các cấu trúc mô với tổ chức chính xác không gian. không giống như kỹ thuật mô truyền thống mà dựa vào các giàn giáo được cấy ghép bởi tế bào, việc in sinh học cho phép tạo ra các cấu trúc phức tạp, đặc trưng cho bệnh nhân bắt chước cấu trúc nephron bản xứ.

Thành phần then chốt của một Nphron in sinh học

Một tế bào nephron chức năng đòi hỏi nhiều loại tế bào được sắp xếp theo các hình học cụ thể: các tế bào trung gian, tế bào biểu mô cơ, vòng tròn tế bào Henle và thu thập tế bào ống. Mỗi phần thực hiện các chức năng giao thông và lọc riêng biệt. Các cấu trúc in phải tích hợp một mạng mạch để cung cấp oxy và chất dinh dưỡng và loại bỏ chất thải - một thử thách kỹ thuật chính.

Những tiến bộ gần đây trong sự hình thành ) [FLT: 1] khả năng in những loại tế bào đa dạng này với độ bền vững cao. Hydrogels bắt nguồn từ các thành phần ma trận ngoại bào tự nhiên như cogen, geltain mecryyl (GelMA), và alminate cung cấp một bản sao hỗ trợ vi tế bào để phát triển sự phân hủy, phát triển và khác biệt. Các nhà nghiên cứu cũng đã phát triển chất sinh học chứa ma trận thận bị suy nhược (CMMM, mà người bản xứ vẫn còn nguyên bản năng hướng dẫn phát âm.

Vượt qua những trở ngại

Một trong những trở ngại quan trọng nhất trong việc in trong cơ thể là đảm bảo nguồn cung cấp máu đủ cho toàn bộ cấu trúc. Nephron được bao quanh bởi các màng ngoài cơ thể mà có thể giúp tái hấp thụ và tiết ra. không cần tính toán chức năng, các mô dày hơn vài trăm micron bị giảm sút và hoại tử.

Để giải quyết vấn đề này, các nhà khoa học đang sử dụng những chiến lược đồng in hoặc in các tế bào thần kinh nối liền với nhau, có thể nối các tế bào thần kinh nối liền nhau với nhau với nhau. Chẳng hạn, một nghiên cứu 2023 trong [FL:] sinh học [FLT:] [FLT: 1] cho phép việc in các cơ quan thận được duy trì trong nhiều tuần liền.

Ngắt kết nối trong hàm Nphron 3D đã in

Đơn vị lọc bằng chứng

Năm 2019, các nhà nghiên cứu tại Viện Sinh Vật Học Harvard báo cáo mô hình ống dẫn tiểu sinh học đầu tiên có in trong ống dẫn dẫn dung dịch albumin và chất đường huyết, và các ống dẫn được xếp theo hàng với tế bào gan chính của con người và duy trì chức năng rào cản trong văn hóa cho đến 30 ngày.

Một nghiên cứu quan trọng được xuất bản trong tiến bộ ) ) ) ); hiện nay, mô hình này được dùng để kiểm tra dược phẩm, nhưng cùng một kỹ thuật biến đổi sinh học đang được thích nghi với việc cấy ghép.

Hợp nhất của tế bào bạch huyết

Các tế bào gốc đa năng đã được phát hiện (iPSCs) cung cấp một nguồn không giới hạn của tế bào thận đặc trưng của bệnh nhân. Bằng cách phân tách PSCs PSCs thành các tế bào nephron, các nhà nghiên cứu đã in thành công ugmeuli và ống thông gió để biểu thị các dấu hiệu hình thành thành thành thục. Vào năm 2022, một nhóm từ Đại học Washington đã chứng minh rằng in PSCderiven nephron có thể được cấy ghép vào thận chuột, nơi mà chúng tạo ra các kết nối sơ khai và tạo ra nước tiểu lỏng.

Trong khi những kết quả này hứa hẹn, những cấu trúc in vẫn nhỏ (tầm cỡ mime) và thiếu tổ chức vĩ mô cần thiết để thay thế thận đầy đủ. nâng cao lên những cấu trúc kích thước của con người trong khi duy trì tính bền vững và chức năng cho thấy thử thách lớn tiếp theo.

Vật liệu sinh học và sinh học: Nền tảng của khả năng in

Thành công của việc in nephron phụ thuộc vào tính chất cơ học và sinh học của chất hữu cơ. Những chất sinh học lý tưởng phải được in (nhật phân, liên kết nhanh), cytocompable, và có thể hỗ trợ chức năng lâu dài. Những cải tiến gần đây bao gồm:

  • In vật liệu sử dụng các đầu in vi tube ibil idis chuyển đổi giữa các hydrogel khác nhau giữa các ô cửa chính giữa.
  • Các hydrogels dùng để tăng cường sức mạnh cơ học mà không gây ảnh hưởng đến độ đông.
  • Nồng sinh học phân tử cho phép kết dính có khả năng đảo ngược, giúp sự phát triển tế bào và mô lành mạnh hơn sau khi in.

Các cơ quan tài trợ bên ngoài như Viện Y tế Quốc gia (NH) đã ưu tiên phát triển sinh học cho kỹ thuật mô thận, với nhiều thử nghiệm lâm sàng trước thời kỳ, đánh giá mô thận để an toàn và tương thích miễn dịch trong mô hình động vật.

Chấp nhận miễn cưỡng và hợp nhất với chủ

Ngay cả khi có thể in được các nephron chức năng hoàn toàn, hệ miễn dịch có thể từ chối chúng trừ khi chúng xuất phát từ tế bào của chính bệnh nhân. Các nhà nghiên cứu đang nghiên cứu về chiến lược gen (v. d. CRISPR) để tạo ra những đường dẫn PSC có khả năng giảm miễn dịch có thể in ra trên kệ.

Ngoài ra, mô in phải thiết lập mối quan hệ bền vững với các dây chuyền sinh học và tiểu đường. Kỹ thuật phẫu thuật cho [FLT:] bệnh xơ của các chất liệu được báo cáo thành công kết nối thành công của mô in lại với động mạch ruột và máu, được duy trì trong hơn hai tuần.

Công việc làm khung khắc và điều chỉnh

Đường dẫn để dịch lâm sàng của nephron thận 3D bao gồm giám sát nghiêm ngặt. cơ quan điều chỉnh như cơ quan này đang phát triển các sản phẩm kết hợp các tế bào, vật liệu sinh học và các thiết bị in. xem xét quan trọng bao gồm sự đảm bảo về tính năng sinh tồn hàng loạt, tính hiệu quả điều chỉnh hàng loạt và kiểm tra dài hạn của khối u hình thành hoặc biến chứng miễn dịch.

Các cuộc tranh luận về đạo đức cũng tập trung vào nguồn gốc của các tế bào (embryonic vs. PSCs), sự công bằng trong việc tiếp cận các liệu pháp tiên tiến, và khả năng gây ra những hậu quả không mong đợi như lạm dụng công nghệ in sinh học cho sự tăng cường con người. Sự tham gia công khai và tài trợ mạnh mẽ cho sự sáng tạo có trách nhiệm là thiết yếu.

Những nguồn tài nguyên bên ngoài như Viện nghiên cứu quốc gia về tiểu đường và Bệnh viện Diabetes (NIDDK) ) cung cấp những thông tin tổng quát về các ưu tiên nghiên cứu thận hiện thời.

Hướng tương lai: Từ phòng thí nghiệm Bench đến giường ngủ

Nền tảng sinh học co giãn được

Những người in ra quy mô công nghiệp có khả năng xây dựng cơ quan kích thước với độ phân giải vi mô đang nổi lên. Các công ty như và )Organovo đã phát triển các máy in thương mại có khả năng gửi nhiều loại tế bào cùng một lúc, và họ đang hợp tác với các trung tâm nghiên cứu để tăng tốc mô thận.

Hợp nhất điện tử và bộ cảm biến

Những chiếc máy nephron in trong tương lai có thể kết hợp các bộ cảm biến điện tử để theo dõi tốc độ lọc khí, căng và dấu ấn sinh học được phát hành trong thời gian thực.

Kết hợp với triết lý Gene

Nếu các tế bào nephron được in ra từ các tế bào bệnh nhân mang các bệnh về thận di truyền, thì việc biên soạn gen có thể sửa chữa khuyết tật. Việc sửa chữa [FLT: 0] PKD1 ) đột biến trong bệnh đa thận, chẳng hạn, đã được chứng minh trong mô hình hình hình cơ quan và có thể được dịch sang cấu trúc sinh học.

Kết luận

Việc in 3D của nephron không còn là một ảo tưởng xa nữa mà là một lĩnh vực sinh học nhanh chóng với những điểm mốc rõ ràng. trong khi việc cấy ghép, thận có thể cấy ghép được có khả năng là một thập kỷ hoặc hơn nữa, sự tiến triển gần đây trong việc cấy ghép mạch máu, sinh học gốc tế bào, và thiết kế sinh học di chuyển các cột mốc mục tiêu gần hơn. mỗi nghiên cứu thành công trước khi bệnh nhân chờ đợi được cấy ghép hoặc chịu đựng những gánh nặng của việc chạy thận suốt đời. tiếp tục đầu tư và sự hợp tác phân chia, neD-printon một ngày có thể đưa ra một giải pháp tái tạo, một cách tái tạo cá nhân cho sự thiếu hụt thận.