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Empfohlener Rezensent: Carmeljcaruana

Was sind Scaffolds im Tissue Engineering?

Tissue Engineering zusammen mit regenerativer Medizin kann verwendet werden, um ‚Gerüste‘ im menschlichen Körper zu schaffen. Diese Gerüste werden verwendet, um Organe und Organsysteme zu unterstützen, die nach Verletzungen oder Krankheiten beschädigt wurden. Was ist Tissue Engineering? Tissue Engineering ist die Verwendung einer Kombination von Zellen, Engineering- und Materialmethoden und geeigneten biochemischen und physikalisch-chemischen Faktoren, um biologische Funktionen zu verbessern oder zu ersetzen. Dies wird am häufigsten durch die Verwendung von Stammzellen erreicht. Stammzellen sind einzigartige Zelltypen, die undifferenziert sind. Das Hauptaugenmerk bei der Schaffung dieser Konstrukte liegt also darauf, diese Stammzellen sicher liefern zu können und eine Struktur zu schaffen, die physikalisch und mechanisch stabil ist, damit sich diese Stammzellen differenzieren können.

Scaffolds sind in der klinischen Medizin von großer Bedeutung. Es ist ein aufstrebendes Feld und in der Regel mit Erkrankungen verbunden, die Organerkrankungen oder -versagen beinhalten. Es wird verwendet, um Organe wieder aufzubauen und die normale Funktion wiederherzustellen.

Anforderungen, die Gerüste in ihrem Zweck erfüllen müssen

  • Zellanheftung und -migration ermöglichen
  • Zellen und biochemische Faktoren liefern und zurückhalten
  • Diffusion lebenswichtiger Zellnährstoffe und exprimierter Produkte ermöglichen
  • Bestimmte mechanische und biologische Einflüsse ausüben, um das Verhalten der Zellphase zu verändern

Es gibt zwei Haupttypen von Möglichkeiten, wie Gerüste im Tissue Engineering erreicht werden können.

Injizierbares Tissue Engineering

Injizierbares Tissue Engineering kann als invasives Verfahren verwendet werden, bei dem Stammzellen mit einem Biomaterial in ein Organ wie das Herz injiziert werden, das in situ ein Gel bilden kann. Ein Gel in situ ist eine lösliche Flüssigkeit, die die Stammzellen und verschiedene Biomaterialien enthält, sobald sie in den Körper injiziert werden, verfestigt sie sich und bildet ein Gel, das als Gerüst dient, um die Struktur des Organs an Ort und Stelle zu halten. Die Stammzellen differenzieren sich dann in die erforderlichen Zellen (meist Muskelzellen wie Myokard) und ersetzen das Muskelgewebe, das zuvor aufgrund von Krankheiten usw. zerstört wurde. Es gibt verschiedene Biomaterialien, die in Organe im Körper injiziert werden können; Jedes hat bestimmte Vor- und Nachteile. Diese Biomaterialien umfassen: Fibrin, Alginat, Matrigel, Kollagen und Chitosan. Biomaterialien, die injiziert werden, müssen keine Stammzellen tragen. Sie können mit anderen chemischen Komponenten injiziert werden, die Verbesserungen der Organfunktion nach der Injektion zeigen.

Technische Konstrukte mit invasiven Techniken

Grundsätzlich beinhaltet dieser Prozess die In-vitro-Konstruktion eines Pflasters (oder eines Transplantats). Dieses Pflaster wird aus einer Kombination von Stammzellen und einer künstlichen extrazellulären Matrix (Biomaterial) hergestellt. Das entwickelte Pflaster kann dann chirurgisch in betroffene Bereiche des Körpers implantiert werden, die rekonstruiert werden müssen. Dieses Verfahren ist in Bezug auf Ethik und Patientenzufriedenheit sehr umstritten. Dies liegt hauptsächlich daran, dass diese Technik im Vergleich zu anderen Techniken, die alternativ verwendet werden können, sehr invasiv ist. Es hat jedoch viele Vorteile. Erstens sind die Zellen alle gleichmäßig über die Matrix verteilt. Dadurch wird sichergestellt, dass keine Stammzellcluster gebildet werden. Zweitens kann die Differenzierung dieser Stammzellen in vitro erfolgen. Dies ist praktisch, da die Differenzierung in einer kontrollierten Umgebung erfolgt. Dies stellt sicher, dass Stammzellen nicht verschwendet werden und dass es keine Fehler im Differenzierungsprozess gibt. Zum Beispiel werden rote Blutkörperchen anstelle von Kardiomyozyten gebildet.

Kontrolle des biologischen Abbaus und der Porosität von Gerüsten

Im Laufe der Zeit müssen Gerüste im menschlichen Körper abgebaut werden. Sie müssen im Organ bleiben, bis alle gelieferten Zellen vollständig integriert sind. Sie sollten jedoch nicht lange genug verweilen, damit sie die Organfunktion behindern. Eine einfache Lösung hierfür ist die biologische Abbaubarkeit. Wenn das verwendete Biomaterial abgebaut werden kann, erfüllt es alle oben genannten Anforderungen, die ein Biomaterial erfüllen sollte.

Es gibt viele verschiedene Möglichkeiten, Gerüste so herzustellen, dass sie eine poröse Struktur haben. Dazu gehören:

  • Nanofaser-Selbstorganisation
  • Textiltechnologien
  • Lösungsmittelgießen & Partikellaugung (SCPL)
  • Gasschäumen
  • Emulgieren / Gefriertrocknen
  • Thermisch induzierte Phasentrennung (TIPS)
  • Elektrospinnen
  • CAD/CAM-Technologien

Zukünftige Entwicklungen für Gerüste

Kurzfristige Ziele für Gerüste:

*Der Scaffold-Erfolg sollte anhand dieser Kriterien standardisiert werden– (1) Quantifizieren Sie das Überleben der Scaffold-Zellen, (2) Ermitteln Sie den differenzierten Status erfolgreich transplantierter Zellen, (3) Bewerten Sie die elektromechanische Kopplung zwischen Spender und Wirt und (4) Bestimmen Sie, ob Scaffold einen positiven Einfluss auf die Organfunktion hat.

*Es sollte untersucht werden, um den perfekten Zeitpunkt für die Implantation dieser Gerüste nach einem Organversagen herauszufinden, und auch die Menge der in einem Gerüst verwendeten Stammzellen sollte entsprechend der Schwere der Schädigung des Organs standardisiert werden. Wenn dies erreicht wird, wird diese Art der Behandlung bei Personen, die eine Organrekonstruktion mit Tissue Engineering benötigen, schneller erfolgen.

Langfristige Ziele für Scaffolds:

*Stellen Sie fest, inwieweit diese Scaffolds tatsächlich zur Organfunktion beitragen, im Vergleich zu den Auswirkungen auf den tatsächlichen Infarkt / betroffenen Bereich selbst (z. B. Auswirkung auf die Infarktgröße).

*Stellen Sie fest, welche anderen Organerkrankungen mit diesem Verfahren erfolgreich behandelt werden könnten.

*Untersuchen Sie die Vor- und Nachteile verschiedener Arten von Spenderzellen, die zur Herstellung dieser Transplantate verwendet werden.

*Verstärken Sie diesen Zellabgabemechanismus, indem Sie Techniken untersuchen und anwenden, um das Überleben der Zellen im Gerüst zu verbessern.

3D-Druck von Gerüsten

Bibliographie

  • Wikipedia, 2013. http://en.wikipedia.org/wiki/Tissue_engineering
  • Wang, H. und andere, 2010. Injizierbares kardiales Tissue Engineering zur Behandlung von Myokardinfarkt. Zelluläre und molekulare Medizin 108(3) pp.1044-1055
  • Ahmed, T.A, et al, 2008. Fibrin: ein vielseitiges Gerüst für Tissue-Engineering-Anwendungen, Tissue Eng Part B Rev. 14(2) pp.199-215
  • Segers und Lee, 2011. Biomaterialien zur Verbesserung der Stammzellfunktion im Herzen, Journal der American Heart Association. 109: S.910-922
  • MESCHER, Antonius. Junqueiras grundlegende Histologie. 13. Auflage. 2013. ISBN 978-1-259-07232-1