Was sind Tissue Engineering-Gerüste?
Tissue Engineering Scaffolds sind Strukturen aus künstlichen oder natürlichen Substanzen, die als Form dienen, auf der Zellen wachsen können. Das Gerüst kann inert sein und nicht mit den darauf wachsenden Zellen interagieren, oder es kann den Zellen aktiv beim Wachsen helfen, indem es chemische Signale freisetzt. Solche Gerüste sind nützlich beim Wiederaufbau oder Ersatz von verlorenem menschlichem Gewebe.
Grundlage des Tissue Engineering ist die Schaffung neuer Zellen und biologischer Strukturen im Labor, um verloren gegangenes oder gestörtes Gewebe und Organe zu ersetzen. Zu diesem Zweck benötigen Tissue-Ingenieure eine Form - oder ein Gerüst -, auf dem die Zellen wachsen können, da die im Labor gezüchteten Zellen selbst keine Formen bilden. stattdessen breiten sie sich in zweidimensionaler Form aus. Die Gerüste sollen die Zellen dazu anregen, sich in einer bestimmten vorbestimmten Form anzulagern und zu wachsen.
Gerüste können aus einer Vielzahl von Substanzen hergestellt werden. Dazu gehören Kunststoffe, Seidenproteine, Calciumphosphatkeramiken und sogar natürliche Polymere wie Kollagen. Im Jahr 2010 experimentierte ein spanisches Forschungskrankenhaus mit menschlichen Herzen, die von Spendern entnommen und von allen Zellen befreit wurden, wobei die Kollagenstruktur zurückblieb. Ziel war es, einem Patienten, der eine Herztransplantation benötigt, Zellen zu entnehmen und die Zellen auf dem Kollagengerüst wachsen zu lassen, um ein neues Herz zu schaffen, das das Immunsystem nicht als fremd angreift.
Ein Tissue Engineering-Gerüst muss porös sein. Durch die Poren können die Zellen miteinander verbunden werden und aneinander haften. Idealerweise sollte das Gerüst auch Chemikalien freisetzen, die die Zellmigration, Zelladhäsion und Differenzierung in spezialisierte Zellen fördern. Ein weiterer Vorteil einiger Tissue Engineering-Gerüste besteht darin, dass sie biologisch abbaubar sind und sich zersetzen, sobald sich die Zellen in die gewünschte Form gebracht haben.
Ein Hauptproblem bei einigen Tissue Engineering-Gerüsten besteht darin, dass Zellen Sauerstoff und Nährstoffe benötigen, um zu wachsen. Die Zellen können zu einem gewissen Grad in die Poren des Gerüsts wandern. Sobald die Zellen zu tief in die Poren eindringen, erhalten sie jedoch nicht genügend Nährstoffe oder Sauerstoff, da die oberen Zellschichten die Bewegung der Nährstoffe und des Sauerstoffs in die unteren Schichten blockieren. Eine Innovation, ein so genanntes Solid Freeform (SFF) -Gerüst, umgeht dieses Problem, da es mit künstlichen Blutgefäßen ausgestattet ist, die diese Nährstoffe durch die Struktur transportieren und Abfallprodukte entfernen. SFF-Tissue-Engineering-Gerüste wurden 2011 getestet, um das künstliche Blutgefäßsystem so zu perfektionieren, dass große komplexe Organe hergestellt werden können.
Wissenschaftler haben bereits Haut hergestellt, indem sie Hautzellen von Patienten auf eine Kollagenstruktur setzten. Die Haut ist eine zweidimensionale Struktur, daher hat das Problem der Sauerstoff- und Nährstoffdiffusion die Entwicklung nicht behindert. Diese Haut wird zur Behandlung von Hauttransplantaten verwendet.