Успешная регенерация тканей - залог исцеления травм или замены части пораженной или поврежденной ткани в костях, коже, нервной системе и в таких органах, как мышцы, почки, печень, легкие и сердце.
Но эффективность собственной системы организма для восстановления любого повреждения может сильно варьироваться в зависимости от типа вовлеченной ткани и ее расположения.
Биоинженеры работали над предупреждением и устранением вероятных неудач, создавая вещества, называемые биоматериалами, которые могут быть использованы различными способами для повышения способности организма к исцелению.
В недавней публикации в журнале Nature Reviews Materials Али Хадемхоссейни, доктор философии, директор и генеральный директор Института Терасаки, и его коллеги делятся результатами по использованию биоматериалов для регенерации тканей.
В современной медицине применяются два подхода к использованию биоматериалов:
при традиционном конструкция биоматериала смешивается с клетками и биомолекулами вне тела, развивается во внешнем биореакторе, затем эта структура имплантируется в тело, непосредственно в поврежденную область. Имплантированная конструкция может развиваться в ткань, которая будет функционировать и регенерировать в качестве замены поврежденной ткани.
при т.н. «новом» ("in situ") биоматериалы создаются без добавления клеток перед имплантацией в организм, имплантированные материалы стимулируют и усиливают ими собственные клеточные и химические механизмы заживления в организме для получения регенерированной ткани.
Оба подхода могут быть эффективными, но у второго - как утверждают ученые - есть явные преимущества:
Это позволяет разрабатывать различные биоматериалы для стимулирования и регулирования многих событий, которые являются частью естественного процесса заживления организма.
Любая травма проходит в организме три фазы (или, как называют ученые, стадии событий):
воспаление - различные иммунные клетки перемещаются к месту повреждения, удаляя мертвые клетки и признаки инфекции и посылая сигналы для рекрутирования дополнительных клеток, необходимых для замены поврежденных
образование новых тканей - набранные клетки начинают размножаться и образуют клеточный матрикс на участке, поддерживаемом сетью кровеносных сосудов,
ремоделирование тканей. - матрица реорганизуется и повторно синтезируется, чтобы создать новую ткань.
Ученые могут создавать биоматериалы, которые влияют на события на любом из этих этапов.
Одним из способов достижения этой цели является изменение физических и химических характеристик биоматериалов. Это в значительной степени влияет на клеточную функцию, миграцию и пролиферацию.
Физические характеристики, такие как жесткость, размер и распределение пор, текстура поверхности и скорость деградации биоматериалов, могут быть изменены для облегчения рекрутирования собственных восстановительных клеток организма в место повреждения.
Химические свойства биоматериалов также могут быть изменены, чтобы представить биомолекулы, которые будут стимулировать набранные клетки расти и размножаться.
Второй способ заключается в использовании биоматериалов для "перепрограммирования" регенеративных клеток организма на генетическом уровне.
Можно создать биоматериалы, которые будут доставлять факторы, контролирующие экспрессию генов, необходимых для изменения клеток от одного типа к другому.
Могут быть поставлены и другие факторы, которые приведут к выработке белков, необходимых для восстановления тканей.
Третий способ: доставление биоматериалов с помощью наночастиц, несущих инструменты редактирования генов.
Эти инструменты могут выполнять точное генетическое редактирование в клетках, участвующих в процессе заживления.
Прогресс, достигнутый в производстве биоматериалов, таких как трехмерная печать, и диверсификация его биоматериалов, или био-чернил, повысили способность более точно создавать сложные или пользовательские конструкции для имплантации.
Недавний прогресс, достигнутый в разработке биоматериалов, повысил их потенциал для использования в повышении естественных способностей организма.
Будущие методы оценки эффективности биоматериалов, такие как платформы искусственного интеллекта и методы "Омикс", могут обеспечить дальнейшее понимание процессов регенерации на молекулярном уровне. Движение в этом направлении может привести к увеличению успеха в разработке следующего поколения биочувствительных материалов.
"Использование регенеративного потенциала человеческого организма с помощью инженерных биоматериалов — это простой и эффективный подход к замене поврежденных или больных тканей. Таким образом, ожидается, что разработка нового поколения биочувствительных материалов для регуляции поведения эндогенных клеток будет играть ключевую роль в регенерации тканей in situ», - сказал Ахилеш К. Гахарвар, доктор философии, первый автор исследования и доцент кафедры биомедицинской инженерии Техасского университета A&M.
Элемент не найден