2D: двумерный; 3D: трехмерный; ASC: взрослые стволовые клетки; КМБ: костные Морфогенные белки; КТР: Кардиотканевая инженерия; ECM: Внеклеточная Матрица; EMT: Эпителиальный Мезенхимальный переход; Esc: Эмбриональные стволовые клетки; FGF: фактор роста фибробластов; GFs: факторы роста; ГК: Гидроксиапатит; ВЧ: сердечная недостаточность; иПСК: Индуцированные Стволовые клетки; LV: левый Венткулярные клетки; MSC: Плюрипотентные клетки Поликапролактон; ФДГФ: Тромбоцит-производный фактор роста; Колышек: Гликоль полиэтилена; ПГК: Полигликолевая кислота; PLA: Полимолочная кислота; ПЛГ: Поли (лактид-гликолид);ПЛГА: Поли (молочно-ко-гликолевая кислота); ППФ: Поли (пропилен фумарат); РГД: Трипептид аргинин-глицин-аспартовая кислота; ШХ: Еж Соник Гомолог; те: Тканевая инженерия; Тгфсс: Трансформирующий фактор роста; ВЕГФ: сосудистый Эндотелиальный фактор роста
Введение
Тканевая инженерия-это междисциплинарная дисциплина, адресованное создание функциональных трехмерный (3D) ткани, комбинируя каркасы, клетки и / или биоактивный молекулы [ 1 ]. Эта область включает в себя научные области, такие как клеточная биология, материаловедение, химия, молекулярная биология, инженерия и медицина. Термин тканевая инженерия (Тэ) был впервые представлен широкой научной общественности в +1993 году Лангер и Ваканти [ 2 ]. Их определение до сих пор применяется в наше время и утверждает, что конечная цель в Тэ является разработка биологических заменителей, которые сохранить, улучшить или восстановить функцию ткани [ 2]. Таким образом, TE может обойти проблемы, связанные с повреждением тканей, в настоящее время лечится с помощью трансплантатов, механических устройств или хирургической реконструкции. Эти три медицинские терапии спасли и улучшили жизни бесчисленных пациентов, но они представляют связанные с ними проблемы. Например, трансплантация органов показывает важные ограничения, такие как отторжение трансплантата и отсутствие донора, чтобы покрыть весь мировой спрос. Механические устройства не способны выполнять все функции, связанные с тканью, и не могут предотвратить прогрессирующее ухудшение состояния пациента. Наконец, хирургическая реконструкция может привести к долгосрочным проблемам [ 3]. Поэтому, из возникает та необходимость Обеспечение работы более эффективные Решения для восстановления тканей в клиниках и на направлены: Достижении Этой Цели путем Разработке экстракорпоральных устройств, бы нами ремонт: которые в Естественных условиях поврежденных ткани.
Те тоже приводит к искусственных тканей, позволяют Изучить: которые физиологию человеческую в лабораторных условиях [ 1, 4 ]. Клетки в теле растет внутри организованная Матрица 3D внеклеточный (ECM), окруженная другие клетки. Действительно, взаимодействие между клеткой-клетка и клетка-ЭСУД может определить, проходит ли тот или иная клетку пролиферация, дифференцировка, апоптоз или инвазия. Однако исследования по клеточной биологии обычно проводились на двумерных культурах, где клетки выращивались в не физиологических условиях. Специфический, они неестественно поляризовывана имеющий одну стороны прикрепленная к твердой и плоскому субстрату и другому одно, котор подверг действию к культурной среды, который уменьшает взаимодействия клек-клетка и клеки-ECM.
Следовательно, НЕ культур 2Д правильно воссоздать в условиях Естественных систем С Точки Зрения сотовой связи, генной и белковой экспрессии рисунка и диффузии водорастворимых молекул (кислород, питательные вещества, факторы роста и т. Д.) [ 4, 5 ]. На противоположном конце экспериментальных платформ модели животных могут отображать интегрированные реакции, которые являются результатом сложных взаимодействий между тканями и органами. Тем не менее, они не учитывают важные аспекты человеческих реакций, является весьма дорогостоящей, трудоемкой и этически спорным [ 4, 6]. В результате, 3D и культуры в настоящее время разрабатывается таким образом, чтобы третье измерение, что очень важно для интеграции механических и химических сигналов, передразнивать лучше в Естественных условиях микросреды. Эти 3D удовлетворяют Потребность культур в пробирке подходы, которые позволяют точное исследование молекулярных механизмов, лежащих в основе болезней человека и лучшего прогнозирования препараты и методы лечения эффект [ 1, 7 - 9 ] (Рис. 1).
TE включает в себя в основном три основных элемента: скаффолды, клетки и биомолекулы. Поэтому необходимо тщательно выбирать, какая комбинация лучше подходит для желаемого применения. По этой причине мы дадим общий обзор для каждого компонента.
Эшафоты
В ЦЕЛЬ главная те Конструкции каркасов способные воссоздать в Естественных условиях микросреды, которая в основном обеспечивается за счет ЭСУД. Таким образом, эти структуры должны включать соответствующие биофизические, биомеханические и биохимические сигналы, которые руководство клеточной пролиферации, дифференцировки, содержание и функция [ 10 ].
Что касается биофизической сигнализации, то важнейшая функция ЭСУДА является обеспечение анкоредж клеток. Действительно, НАНОСТРУКТУРА ECM высока пористый обеспечивает им правильной микросреда 3D и передает биохимические сигнализации через 2 механизма: (I) вязка большого разнообразия факторов роста растворимы (GF), энзимы и другие молекулы эффектор, контролируя их диффузия и местная концентрация и (б) выдержка специфический мотивов которые клетчатые приемные устройства прилипания. В результате, ЕСМ динамически интегрирован с внутриклеточными путями передачи сигналов которые регулируют экспрессию Гена и участвуют в определении фенотипа клетки [ 11 - 14 ].
Дополнительно, клетки моглы воспринять жесткость матрицы, которая приводит к в механически сигнализация. Клетки по заведенному порядку заключает контракт для того чтобы вытянуть на окружающей среду к которой они прикреплены, производящий внутреннему напряжению. Этот механический стимул преобразуется в химическую реакцию посредством процесса, известного как механотрансдукция, который, как сообщается, влияет непосредственно на клеточной дифференцировки [ 15 - 17 ]. Из-за сложности и взаимодействия между всеми этими сигналами, т. е. фокусируется на имитации наиболее актуальных ЭСУД свойств для разработки каркасов по индивидуальному заказу в зависимости от ткани, чтобы заново [ 11, 18, 19 ].
В частности, необходимо тщательно изучить такие параметры, как размеры пор, мотивы химической сигнализации и жесткость.
Идеально биоматериал конструированный для клинических применений должны выполнить серию требований. Во-первых, биосовместимость и биоразлагаемость не требуется; разрешение ремонтины замена белков синтезируется и секретируется родной или имплантированные клетки [ 19 - 21 ]. Кроме того, материал должны быть клинический совместимый (надлежащая производственная практика), чтобы минимизировать воспалительную и иммунологические реакции, чтобы избежать дальнейшего повреждения тканей [ 19 ]. Кроме того, как клетки продуктов распада является токсичным для других клеток, важно, что материал позволит узел макрофагов проникнуть и удалить продукты распада клеток [ 22]. Наконец, материального производства, очистки и обработки должно быть легким и масштабируемым [ 10, 23 ].
Леса для TE можно разделить на натуральные и синтетические, в зависимости от их происхождения. Природные леса являются легкодоступными и обеспечивать широкий спектр сигналов,: которые в Естественных условиях участвовать в процессе морфогенеза и функции приобретения разных типов клеток. Однако, его состав сильно зависит от конкретного животного происхождения и выделения и очистки процедуры, ущерба для анализа воспроизводимости [ 1, 19 ]. С другой стороны, синтетические ремонтины могут быть таможней портняжничанной для того чтобы передразнить специфические свойства ECM, обеспечивая контролируемый клетчатые окружающие среды.
Как это ни парадоксально, это преимущество делает этот класс биоматериалы гораздо более сложным, потому что широкий спектр факторы должны быть идентифицированы и точно включено. Действительно, если поверхность-изменения применяются (адгезии пептидов или биологические молекулы), подмости лишь удерживать и направлять клетки в 3D-пространстве, пока они производят свои собственные физиологические матрицы среды [ 1, 22, 24 ].
Тельца
Важное решение при разработке стратегии для TE является выбор источника ячейки. Этот шаг становится критическая проблема, особенно когда эти стратегии предназначены для клинического применения. Важно отметить, что клетки должны выполнять одно из основных требований: интегрироваться в определенной ткани и секретировать различную ГФ и цитокин, которые активируют эндогенная программа регенерации тканей. Первый подход в cellbased метода является использование родных клеток-прародители.
Основная проблема заключается в присущей сложности выращивания некоторых конкретных типов клеток для получения больших количеств. Как следствие, стволовые клетки эмбриональные (ЭСК) или взрослого (ИСС) возникли в качестве перспективных альтернативных источников клеток [ 25 ]. ЭСК-это плюрипотентные клетки, которые способны дифференцироваться в любой линии, но их использование сильно ограничены из-за этические противоречия и их потенциальности производить тератомы. С другой стороны, ASC является мультипотентными клетки, поэтому они имеют более ограниченную способность дифференцировать, чем Esc. Тем не менее, они преодолеть некоторые проблемы, связанные с ЭСК, более подходящие для тэ [ 26]. Например, в настоящее время считается, что ASC и ткани, полученные из них, менее склонны к отторжению после трансплантации. Исследования по ИССАМ развивается стремительно и сегодня, они были выделены из различных тканей, включая костный мозг [ 27 ], мышцы и жировая ткань [ 28 ] и пуповинная кровь [ 29, 30 ].
Альтернативный тип Ячейки под Изучение для их применения в ТЕ индуцированные плюрипотентные Являются Стволовые клетки (ИПСК), которые впервые порождается Яманака и соавторы [ 31 ] из мышиных фибробластов и впоследствии полученные от взрослых клеток человека [ 31, 32 ]. В основном, иПСК-это соматические клетки, которые были перепрограммированы в плюрипотентном состоянии пути введение определенного набора факторов транскрипции. Основные преимущества эти клеток является их аутологичный характер, дифференцируемость, надежность и простота перепрограммирования.
Тем не менее, есть несколько препятствий для преодоления, прежде чем широко использовать иПСК. В частности, молекулярные механизмы, лежащие в основе перепрограммирования должна быть точно охарактеризовать до его использования в клинической практике [ 33, 34 ].
Биомолекулы
Помимо соответствующий эшафота и мобильный источник, сигнальные молекулы представляют собой интересный инструмент, в том, чтобы регулировать некоторые аспекты клеточной биологии, с распространением потенциала в конкретном фенотипической особенностях полностью дифференцированные клетки [ 18, 35, 36 ]. В клеточной среде присутствие и градиент растворимых факторов, таких как ГФ, хемокины и цитокины, играют важную роль в биологических явлениях, таких как хемотаксис, морфогенез и заживление ран. В частности, эти сигналы плотно контролируются и уникальны для каждого органа.
Сигнальные молекулы, используемый в TE, может быть добавлены в среде культуры в качестве растворимых факторов или прикреплена к эшафоту ковалентным и нековалентным взаимодействия. Во-первых, доставки Этих Порошковый зеленый чай из молекул в СМИ часто для Используется экстракорпорального оценить влияние Этих сигналов. Однако, эти биомолекулы быстро ухудшены и выключены некоторые клеки-сделанная секретным энзимы, ответственный для их короткие биологического пола-живет. По этой причине, для клинического применения, ограничивающих факторов в матрице позволяет защитить их от деградации [ 37]. Следовательно, контролируемое высвобождение различных факторов из скаффолдов позволяет их постоянное обновление, обладая большим потенциалом для направления регенерации и формирования тканей. Несколько матричные системы, микро-частицы и инкапсулированная клетки были доведены до местной доставки биологически активных факторов и поддержания эффективных концентраций для их использования в областях применение, такая как опорно-двигательный аппарат, нервный и печеночная ткань [ 38 - 40 ].
В настоящем обзоре обобщены успехи в два те областях применения: ткани поврежденной регенерации и развитие в пробирке ЧЕЛОВЕЧЕСКИЕ модели. В регенеративной цели мы тщательно изучаем согласованные усилия, реализованные в костной, хрящевой, сердечной, поджелудочной и сосудистой тканях. С другой стороны, 3D в пробирке моделей Может преобразовать то, как мы понимаем раковых заболеваний, помогают оптимизировать будущие терапевтические подходы (табл. 1).
TE для регенерации поврежденных тканей
Костная ткань
Кость-это кальцинированная Соединительная ткань, отвечающая за поддерживающую структуру тела и защищающая внутренние органы. Он состоит в основном из натуральных органического минерала, состоящий из коллагена I типа и разнообразные форм фосфата кальция, такой как гидроксиапатит. Он образуется наружный слой с низкой пористость (10-30%) и высокая механическая прочность, а также внутренний слой с более высокой пористостью (50-90%) и пониженный механические свойства. Оба слоя содержат сильно развитую сосудистую сеть сеть, которая играет критическую роль поставляя кислород и питательные вещества и извлекая неныжные продукты. Трудны характеристики этот для Того: Чтобы воспроизвести в лабораторных условиях, что делает трудно получить идеальный каркас для регенерации костной ткани [ 41- 44 ].
В отличие от других тканей, кости обладают способностью к регенерации, ремоделированию и восстановлению в ответ на травмы. Однако, поставка костных имплантатов необходима, когда требуется регенерация кости превышает естественный потенциал самоисцеления, как в больших костных дефектов, возникающих после травмы, инфекции, опухоль, резекция или скелетные аномалии [ 45 ]. В клинических условиях золотой стандарт лечения костных дефектов заключается в трансплантации аутологичных костных трансплантатов, обычно собранных из подвздошного гребня или малоберцовой кости. Однако, к недостаткам этих протезы являются ограниченная доступность аутологичного материала и доноры -сайт заболеваемость [ 45]. Возможные альтернативы аллотрансплантаты и ксенотрансплантаты, однако их использование часто связано с инфекцией, болезнь, передача и иммунологические отклонения [ 46 ].
Одна из самых прикладных стратегий в инженерстве костной ткани состоит в разработке и применении 3D пористых скаффолдов с аналогичным составом кости. Биокерамические леса, главным образом, гидроксиапатита (га), широко используются, как: их так Факультет: Химический состав с сопоставим минеральной составляющей натуральной кости и ЕГО биосовместимость и биоактивность Успешно стимулирует образование Новой кости в Естественных условиях [ 47, 48]. Вместо этого низкие механические свойства керамических материалов могут привести к их разрушению при приложении нагрузки, что делает их непригодными для регенерации крупных дефектов кости. По этой причине, композитов, изготовленных на основе га и природные гидрогели, такие как коллаген типа I, воспользоваться обоими компонентами и лучше имитирует костную структуру, улучшение показывая в Естественных условиях Результаты [ 49 ]. Некоторые другие сочетания га с хитозан, альгинат, желатин, ПЛМ и других полимеров были разработаны и исследованы для того, чтобы найти лучшие заменители костной ткани [ 47, 50 - 52 ].
Следующие поколения подмости остеоиндуктивными, повышать образование новой кости с помощью молекулярно-биологических сигналов и прогениторных клеток найма [ 41 ]. Сигнальные молекулы может быть включены в лесе через простую дисперсию или сильнее иммобилизацию электростатические и ковалентные связи [ 44 ]. Несколько видов наночастиц были разработаны для выхода из остеогенных факторов, как некоторые костных морфогенетических белков (КМБ), показали повышенную и в пробирке и в Естественных условиях остеогенной дифференцировки в костном дефекте модели [ 42, 44 ]. Однако, сдаче единого фактора роста может увеличить, но не подражать сложный процесс костной регенерациив естественных условиях. Действительно, поскольку кость является высоко васкуляризированной ткань, в идеале, будет целый каскад различного ГФСА одновременно индуцировать ангиогенез и остеогенез в целях подготовки васкуляризированного и функциональной замене костной ткани [ 42, 53 ]. Другой подход состоит в том, чтобы поставить ГФС вместе с клетками, которые, как ожидается, стимулировать более эффективное, так как ГФС может действовать непосредственно на клеток, способствуя их пролиферации и дифференцировки [ 44]. В целом, целлюлозные трансплантаты обеспечивают лучшую интеграцию с тканями хозяина и ремоделирование, чем бесклеточной аналоги. Некоторые исследования показывают, что мезенхимальные стволовые клетки (мск), и кровоснабжение стабилизировать функциональная форма кости в Естественных условиях, так же хорошо, как аутологичных трансплантатов [ 54 - 57 ]. Кроме того, другие исследования использовать совместно культур мск и эндотелиальные клетки для того, чтобы содействовать созданию сосудистой сети [ 42 ].
Для клинического применения, необходимо разработать технологический процессы, которые гарантируют автоматизированный и контролируемый костное производство [ 45, 58 ]. На сегодняшний день, использование биореакторов вместе с компьютеризированной визуализации и моделирования было сообщено. В качестве примера, она была издана развитие височно-нижнечелюстного сустава с помощью костного трансплантата культивировании мск и биомиметические эшафот -биореактор системы [ 58 ]. Главный недостаток заключается в том, что в качестве подобия собственной костной ткани увеличивается в ячейке сеяного леса, готовность для клинического применения снижается по сравнению с бесклеточными скаффолдов [ 46 ].
Даже с развитием вышеупомянутых стратегий, проблемы все еще остаются в невозможности воспроизвести проектированную хорошо васкуляризованная косточку которая поистине передразнивает естественные кровеносные сосуды косточки. Новые границы исследований должны быть направлены на более фундаментальном понимании биологических процессов при регенерации костной ткани.
Хрящевая тканевая инженерия
Хрящ-это жесткие и гибкие соединительная ткань, состоит из хондроцитов врезанных в сильно увлажненной ЭСУД, их основные компоненты, коллагены, протеогликаны и эластин [ 59 ]. Хрящ можно классифицировать по упругим хрящам, гиалиновые хрящи и фиброзных хрящи, КОТОРЫЕ Отличаются относительным количество компонентов ECM. В пределах гиалиновый типа, ремонт сочленовной хрящевина остает unmetet медицинской потребность должная к своей меньшей емкости для собственн -регенерация. Особенно, как это аваскулярный ткани, либо хондроциты или клетки-предшественники могут мигрировать в очаг для получения более матриц [ 60 ]. Как следствие, даже незначительные повреждения могут привести к постепенному повреждению и остеоартрите суставов, что приводит к сильным болям и инвалидности [ 61]. Стремясь способствовать восстановлению хрящей, разрабатывается стратегии тканевой инженерии, которые сочетают соответствующие источники клеток с эшафотами, механическая стимуляция и GFs.
Тем не менее, есть ряд проблем, которые еще предстоит решить из-за сложной биологической среды, которую необходимо имитировать.
Теоретически аутологичные хондроциты были бы идеальный тип донорские клеток для восстановления хрящей из -за их внутренние свойства с точки зрения функции и иммунной совместимостью. Однако, они получены инвазионные методы и они де-дифференцирует к фенотипу фибробластов культивируемого в монослое. Поэтому рассматриваются альтернативные источники клеток. С хондрогенезом инициируется конденсация фаза мезенхимальных клетки-предшественники, мск, собранный из разных источников, такая как жировая ткань или костный мозг, вызывает большой интерес [ 62 ]. Мск имеет огромную пролиферативный потенциал, культивируется легко можно в лабораторных условиях и обладает способностью к дифференцировке в стороне остеогенная, липогенная, хондрогенная и миогенная линия [ 63]. Следовательно, и биохимическая соответствующая биомеханические микросреды обязаны в пробирке руководство хрящевое и приверженность хрящевой ткани стабильное образование [ 64 ].
В суставном хряще, многочисленный ГФС уже давно признаны важный кандидаты на работе в концерте для регулирования развития и гомеостаз [ 65 ]. В частности, биомолекул в качестве трансформирующего фактора роста-β надсемейство (TGFß), костных морфогенетических белков (КМБ) и фактор роста фибробластов (FGF) были предложены, чтобы играть решающую роль в этих процессах [ 66]. Они действуют через специфические мембран-прыгнутые приемные устройства и их влияния посредничаны процессами трансдукции сигнала, водя к индукции пролиферации и дифференцирования клетки. Кроме того, правильная, Продолжительность и интенсивность этой стимуляции являются ключевыми факторами в поведении клеток, чтобы вызвать регенерирующую среду. По этой причине важные усилия сосредоточены на обеспечении учета этих факторов в зоне воздействия.
За последние два десятилетия, несколько естественных лесов были изучены для их применения В восстановления хряща: коллаген [ 67, 68 ], клейковина [ 69, 70 ], гиалуроновой кислоты [ 71 ], агарозы [ 72, 73 ], альгинат [ 74 - 76 ], желатин [ 77 ]. В дополнении к естественным ремонтинам, синтетические ремонтины сосчитаны с серией преимуществ, были самая уместные их определенные свойства и, таким образом, их воспроизводимость. Например, полиуретана [ 78 ], Поли (этиленгликоль) (ПЭГ) [ 79, 80 ], эластина на основе полимеров [81 ] и selfassembling пептиды, такой как КЛД-12 [ 73 ] и RAD16-я [ 82 - 84 ] широко используется. Интересно, что эти биоматериалы могут быть украшены, чтобы включить сигнальные мотивы, которые лучше воссоздают хрящ ECM. На сегодняшнем день, пептидные последовательности, такие как РГД фрагментов для стимуляции клеточной адгезии [ 85, 86 ] и декориной фрагментов связывать и выхода ГФСА [ 87] Были сообщены, что увеличивают хондрогенез и достигают такие же уровни дифференцирования полученные с естественными ремонтинами. Кроме того, в стадии разработки находятся композиты, состоящие из двух или более материалов, объединенных в одну леску. Эта группа может включить смесь волокон от различных естественных материалов и синтетического или естественно выведенного гидрогеля настоянного в синтетическую сетку. Например, покрытие коллагена и фибронектин использованы для применений хрящевины для того чтобы улучшить прилипание клетки, основанные на приемные устройств клек-интегрин. Комбинация представляет эта собой интересный подход к репликации сложной для Структуры Обеспечения в Естественных условиях Свойства [ 88]. С другой стороны, более упрощенная система культуры для хондрогенеза является лепешка культуры или Micromass культура, которая состоит в гранулах ущерба между 200,000 и 500,00 культивировали клетки в пробирке с соответствующим хрящевыми индукторами СМИ [ 62 ]. Этот scaffoldless подход во избежание сложности создавать портняжничанные матрицы, в виду того что клетки создают и реконструируют их внеклеточную матрицу.
По мере того как хрящевина ткань которая действует как одна реальность для того чтобы распределить прикладную нагрузку и поэтому выполнить свою механически функцию, будущие направления для хрящевины TE отнесены к внедрению проектированной стройки с родной тканью хозяина. Если имплантирован или впрыснуто немедленно, ремонтина должна поддерживать свою форму и обладать робастной механически характеристиками подобными к родной хрящевине для того чтобы сопрягать окружающую среду нагрузки. Однако, в пробирке культивируя систему НЕ требует ремонтины с Этой строгими свойствами, в виде того что во время периода культуры новой ткани формирует и приобретает медленно хондрогеник обязательства.
Сердечная инженерия ткани
Сердце является мышечным органом, ответственным за прокачку крови по артериям и венам, чтобы обеспечить питательные вещества и кислород по всему телу. Мышечная ткань разделена на три слоя: эпикард, миокард и эндокард. Интересно, что миокард состоит из кардиомиоцитов, которые имеют уникальную способность к самоустрачиванию без вмешательства центральной нервной системы. Их врожденная сократительная активность имеет решающее значение для перекачки крови, и, следовательно, потеря или дисфункция кардиомиоцитов приводит к сердечной недостаточности (СН), основной причине смерти и инвалидности в мире. В настоящее время методы лечения КВ сосредоточены на лекарственной терапии. К сожалению, на завершающей стадии пересадки сердца является единственным доступным решением [ 89]. После пересадки ограничена из-за нехватки доноры и immuneresponse-хост получатель, клеточная терапия становится перспективные стратегии, чтобы стимулировать сердце к регенерации [ 22 ]. Эти методы лечения были подойти с разных углов: прямой впрыск изолированных клеток суспензии [ 90 - 93 ]; раствор для инъекций биоматериалов с или без клеток и / или ГФС [ 94 - 100 ] и имплантации биоматериалов предварительно подготовлен с или без клеток и / или ГФС [ 26, 101 - 104 ].
Несколько типов клеток тестируется в качестве потенциальных источников сердечных тканевой инженерии (КТР). Поскольку основная цель является увеличение количества сократительных клеток в некротической зоне, миоцит сердце и миобласты скелет был первый очевидный источник клеток из -за их естественное электрофизиологическим, структурный и сократительные свойства. Однако эти клетки трудно получить и расширить. С другой стороны, эмбриональные стволовые клетки могут дифференцироваться в сердечной линии, внедрив: их но в условиях Естественных Может: иметь Риск образования тератом [ 26, 103, 105, 106 ] и / или аритмии [ 107, 108]. В настоящее время, обширные исследования сосредоточены на использовании взрослых стволовых клеток, так как они не являются этическими спорными и могут быть легко изолированы от собственного пациента. Интересные подробные отзывы были опубликованы в прошлом году в отношении преимущества, недостатки и различные достижения, разработанные в этом выпуске: [ 19, 103, 107, 109 - 113 ].
Различные исследования столкнулись с проблемой ВЧ-комбинирование биоматериалов, биомолекулы и клетки. Большое количество природных биоматериалов проходит испытания по своим внутренним характеристикам. Хитозан широко используется в качестве мягкого и инъекционный материал и доказано, что его применение при ишемии миокарда может улучшить миокарда микроокружения [ 96 ]. Кроме того, хитозан был модифицирован различными способами, чтобы улучшить его механические характеристики [ 98, 114 ] и / или его влияния на клеточной дифференцировки [ 115 ], поддержание биологических свойств материала. Разнообразные белки, такие как желатины, коллагены [ 116, 117 ], ламинин, шелк [ 118], Витронектин [ 119 ], клейковина [ 120 ] между другим, С или без модификации также рассматривался с точки зрения их влияния на поведение клеток как в 2D, так и 3D микроокружения в пробирке.
С другой стороны, разрабатываются различные синтетические биоматериалы. Смесь СВ / PLCL (Поли (1,8-октандиол-со-цитрат) / поли (L-молочная кислота) -со-поли- (3-капролактона)) был разработан, чтобы получить материал с необходимыми механическими свойствами, с особым акцентом на его прочность, чтобы позволить сердце бьется [ 121 ]. Кроме того, Поли (Д, L-молочной-со-гликолевой кислоты) (PLGA) пористые бусины были зарегистрированы, чтобы улучшить ячейку хранения, поддержание их в infracted после имплантации [ 95]. Кроме упругости и удерживания клетки, биоматериалы для КТР нужно выполнить другие свойства. Например, плохая проводимость материалов, которая ограничивает заплату от заключать контракт сильно как блок, должна быть посмотрена. Эта проблема рассматривалась с разных точек зрения, как включение из золотой нанопроволоки в альгинат леса [ 122 ] или сочетание ПМГК с углеродными нановолокнами в различных соотношений смеси [ 123 ]. Кроме того, материалы для CTE должны быть особенно устойчивы к образованию волокнистой капсулы, что может привести к электрической изоляции пересаженной ткани. Из-за его низким содержанием белка адсорбционные свойства, ПЭГ показали, чтобы быть отличным кандидатом [ 124]. Обширное исследование все еще необходимо для того чтобы конструировать материал который интегрирует самые уместные свойства для того чтобы выполнить требования сердца.
Кроме того, некоторые усилия были направлены на выпуске ГФСА в инфарктной области [ 107 ]. Использование наночастиц или микро-инкапсуляция для ГФСА и / или клетки поставки может обеспечить устойчивую медленное высвобождение и безопасное убежище, чтобы избежать признаний со стороны иммунной системы хозяина [ 125, 126 ]. Параллельно, гидрогели были изучены в качестве альтернативных средств для высвобождения или иммобилизации ГФС [ 94, 127, 128 ]. В целом результаты показали, что иммобилизация субстрата для его медленного введения является мощным инструментом для разработки полезных стратегий регенеративной медицины в КТР.
Помимо правильного выбора ячеек, материалов и ГФС, другие факторы должны быть приняты во внимание: отбор пациентов, сопутствующие процедуры, клеточная трансплантация, сроки, выживание клетки, ячейки слежения, доза, возраст, нормативные и финансовые вопросы [ 129 ]. Интересно, было показано, что инъекции биоматериала сразу после инфаркта индукции в крысиной модели привел к тому, что не наблюдается улучшение, но с задержкой в одну неделю, значительно повышается шрам толщины и фракции укорочения, а также уменьшение конечного систолического диаметра против физраствор [ 97 ], С другой стороны, возможно, что предпосевная материала с клетками может улучшить терапевтическую эффективность [ 130, 131 ].
Несмотря на то, что экспериментальная основа клеточной терапии миокарда еще не завершена, уже начато несколько клинических применений. За Последние 10 лет, основные результаты в клинических испытаниях было показано улучшение сократительной и систолической функции, улучшение левого желудочка (ЛЖ) и параметров ремоделирования снижение рН конечного систолического объема [ 107, 110, 111 ]. Поэтому КТР становится перспективным подходом к лечению кардиомиопатий. В любом случае, еще предстоит пройти долгий путь.
Тканевая инженерия поджелудочной железы
Поджелудочная железа-это орган, состоящий из двух отделенных функциональных единиц, экзокринный и эндокринный. Экзокринный отсек состоит из клеток железистых и протоки, которые синтезируют и делает пищеварительные энзимы секретный. С другой стороны, эндокринный отсек состоит из α, β, δ, ε и полипептидных клеток поджелудочной железы, собранных в островки (островки Лангерганса), которые выделяют гормоны в кровоток. Примерно 80% этих клеток β-клеток, отвечают за выработку инсулина и, таким образом, регулируя уровень глюкозы в крови [ 132 ]. Разрушение β-клеток иммунной системы, вызывает заболевание, известное как сахарный диабет типа 1 [ 133]. Классическое лечение состоит из ежедневных инъекций экзогенного инсулина. Поэтому предпринимаются согласованные усилия по поиску альтернативных методов лечения, которые улучшают качество жизни пациентов. Исходя из этого заявления, Тэ предлагает замены поврежденных клеток на регулируемые инсулин-продуцирующих клеток [ 133 ].
Островки Лангерганс 3D структуры окруженный двойная мембрана подвал, главным образом составленные ламинин и тип коллаген IV. Сигналы, исходящие из этого специализированных ЭСУД имеют решающее значение для функции β -клетки [ 134 ]. Как следствие, культуру этих клеток в монослое приводит к потере инсулина выражения, ставя под угрозу их потенциальное использование для клинического применения [ 135 ]. С другой стороны, 3D-культуры способны восстановить данные ЕСМ-β-клеточная сигнализация, улучшение результатов островков культуры методов используется между островком изоляцией и трансплантацией [ 136 ].
В пределах 3D культур, наиболее обыкновенно используемая ремонтина для поджелудочного TE Матригель ™, солюбилизированная подготовка мембраны подвала извлеченная от саркомы мыши Engelbreth-Holm-Swarm. Несколько авторы сообщили о значительном увеличении инсулина накопления при выращивании островковых клеток кластеров в Матригеле ™, по сравнению с классическим 2D культур [ 137, 138 ]. Кроме того, Матригель ™ также используется для получения новых источников функциональных β -клеток, поскольку основной недостаток островок трансплантации является ограниченное количество донорских тканей [ 139 ]. Интересно, что человека протоковой клеток, выращенных в 2D, так как эпителиальная листа и покрыты тонким слоем Матригель ™, могут быть дифференцированы в Инсулин позитивных клеток [140 ]. В дополнении к Матригелю ™, другие материалы были намереван как соответствующие ремонтины 3D для поджелудочного TE. Например, многообещающие результаты были получены с помощью коллагена [ 141 ] и ПЭГ гидрогеля с матричным белками защемленное [ 136 ]. Кроме того, 3D культуры были дополнены различными биомолекулами, с целью продвижения конкретных биологических событий, которые улучшают функциональность пересаженных островков. Примером может служить васкуляризации трансплантата путем доставки ангиогенных факторов, как СЭФР [ 142 ].
Хотя трансплантация островков позволяет правильно контролировать уровень глюкозы, эта процедура представляет несколько препятствий. Серьезным препятствием является необходимость использования долгосрочных иммуносупрессивных препаратов, чтобы преодолеть отказ от перекрестного пациента пересаживают островковые клетки [ 143, 144 ]. Кроме того, как островки остаются в воротную вену печени, они подвергаются воздействию высоких уровней токсичных препаратов и циркулирующих токсинов [ 145 ]. Стратегия предложена, чтобы избежать некоторые из этих связаны-проблемы-это островок заключения [ 146]. В этой технике, пересаженные клетки не отделены от иммунной системы хозяина на полу проницаемой и биосовместимые мембраны, которая позволяет островков, чтобы регулировать уровень глюкозы в крови с помощью инсулина, а кроме крупных белков и клеток иммунной системы [ 144, 146, 147 ]. В частности, наиболее изученная экспериментальная процедура микрокапсулирования и состоит в инкапсуляции одного или группа островков внутри сферической капли [ 146 ]. Гидрогели на основе альгинатов являются наиболее часто используемые биоматериалы для микрокапсулирования из -за их изобилия и легко желирующие свойства [ 148, 149]. Однако, в наше время это еще оспаривается ли иммунодепрессию, является обязательным в микрокапсулирование методов [ 150 ].
В заключение, регенерация и трансплантация островков поджелудочной железы за последние десятилетия достигли значительного прогресса благодаря лучшему пониманию сложного микроокружения, которое окружает β-клетки, и прогрессу в таких областях, как биоматериалы и иммунология. Тем не менее, некоторые проблемы, как долгосрочная выживаемость пересаженных островков и нехватка островков, все еще должны быть преодолены.
Васкулярная инженерия ткани
Васкуляризация-это процесс, при котором в живых тканях образуются кровеносные сосуды и капилляры. Анатомия кровеносные сосудов можно разделить в 3 слоях: Интим Туника внутренний слой смотря на крови и она составлена эндотелиальные клетки и переменное количество соединительных тканей; средства Туника составлена клетки ровная мышца с эластическими волокнами и Адвентитием Туника по-составлена существом соединительной ткани.Роль кровеносных сосудов имеет решающее значение, так как они должны поддерживать определенный баланс в распределении крови, чтобы избежать недостаточной или чрезмерной доставки кислорода и питательных веществ, которые могут привести к развитию многих заболеваний. Особенно, заболевания как опухоли связа