Что такое строительные леса?

Строительные ткани - это конструкции, изготовленные из искусственных или природных веществ, которые действуют как форма, на которой могут расти клетки. Эшафот может быть инертным и не взаимодействовать с растущими на нем клетками, или он может активно помогать клеткам расти, выпуская химические сигналы. Такие каркасы полезны для восстановления или замены утраченной человеческой ткани.

Основой тканевой инженерии является создание в лаборатории новых клеток и биологических структур для замены утраченных или неисправных тканей и органов. Для этого инженерам по тканям нужна форма - или каркас - для выращивания клеток, потому что клетки, выращенные в лаборатории, не формируют формы сами по себе; вместо этого они распространяются в двухмерной форме. Строительные леса предназначены для того, чтобы побуждать клетки прикрепляться и расти в определенной заданной форме.

Строительные леса могут быть изготовлены из различных веществ. К ним относятся пластмассы, протеины шелка, керамика на основе фосфата кальция и даже натуральные полимеры, такие как коллаген. В 2010 году испанская исследовательская больница экспериментировала с человеческими сердцами, взятыми у доноров и лишенными всех клеток, оставляя структуру коллагена. Цель состояла в том, чтобы забрать клетки у пациента, которому требуется пересадка сердца, и позволить клеткам расти на основе коллагена, создавая новое сердце, которое иммунная система не атакует как чужеродное.

Каркас для тканевой инженерии должен быть пористым. Поры позволяют клеткам соединяться и прилипать друг к другу. В идеале каркас должен также выделять химические вещества, которые помогают стимулировать миграцию, адгезию и дифференцировку клеток в специализированные клетки. Еще одно преимущество некоторых каркасов для тканевой инженерии состоит в том, что они являются биоразлагаемыми, поэтому они разрушаются, как только клетки приобретают желаемую форму.

Основная проблема с некоторыми каркасами для тканевой инженерии состоит в том, что клеткам для роста необходимы кислород и питательные вещества. Клетки могут мигрировать в поры каркаса до некоторой степени. Однако, как только клетки начинают проникать слишком глубоко в поры, они не получают достаточного количества питательных веществ или кислорода, потому что верхние слои клеток блокируют движение питательных веществ и кислорода в нижние слои. Одна из инноваций, называемая твердым каркасом свободной формы (SFF), решает эту проблему, потому что она разработана с искусственными кровеносными сосудами, которые переносят эти питательные вещества по структуре и удаляют отходы. В 2011 году были проведены эксперименты с каркасами для тканевой инженерии SFF для совершенствования системы искусственных кровеносных сосудов, позволяющей производить большие сложные органы.

Ученые уже сделали кожу путем посева клеток кожи пациента на структуру коллагена. Кожа представляет собой двумерную структуру, поэтому проблема диффузии кислорода и питательных веществ не сдерживает развитие. Эта кожа используется в лечении кожных трансплантатов.