Медецина 02.08.2020

Тканевая инженерия в медицине

15 мин.

Что такое тканевая инженерия?

Это наука, возникшая на границе между клеточной биологией, эмбриологией, биотехнологией, трансплантологией и медицинским материаловедением.

Она специализируется на разработке биологических аналогов органов и тканей, создаваемых из живых клеток и предназначенных для восстановления или замещения их функций.

Кто такой тканевый инженер?

Это специальность, которая станет востребована в ближайшем будущем. В обязанности этого профессионала входит разработка и контроль производственного процесса, подбор материалов и формирование необходимых условий для создания тканеинженерных имплантов (графтов) и их дальнейшей трансплантации. По некоторым данным, эта профессия начнет распространяться после 2020 года.

Разработка и внедрение графта включает в себя ряд стадий:

— вначале необходимо произвести отбор и культивацию клеток;

— затем создается клеточный носитель (матрица) с использованием биосовместимых материалов;

— после этого клетки размещаются на матрице и происходит их размножение в биореакторе;

— наконец имплант помещается в область нефункционирующего органа. При необходимости перед этим графт внедряется в область с хорошим кровоснабжением для его созревания (этот процесс называется префабрикацией).

Исходным материалом могут послужить клетки ткани, которую необходимо регенерировать, или стволовые клетки. При производстве матриц могут применяться различного рода материалы (биокомпозитные, синтетические биологически инертные, природные полимерные).

Где учиться на тканевого инженера

В данный момент в нашей стране нет образовательных программ, проводящих обучение по данной специальности, существует лишь ряд лабораторий при научно-исследовательских институтах, специализирующихся на тканевой инженерии. Специалисты, желающие развиваться в этой области, могут получить базовое медицинское образование. Также следует рассмотреть возможность обучения за рубежом: в США и Европе активно развиваются магистратуры по данной специальности.

Профессионально важные качества:

  • системность мышления;
  • интерес к работе в междисциплинарной области;
  • готовность к работе в условиях неопределенности;
  • научно-исследовательский интерес;
  • отовность к командной работе.

Профилирующие дисциплины:

  • биология;
  • химия;
  • физика;
  • математика;
  • информатика.

Достижения современной тканевой инженерии

Были созданы и успешно применены аналоги сосков женской груди, тканеинженерный мочевой пузырь и мочеточники. Ведутся исследования в области создания печени, трахеи и элементов кишечника.

Ведущие научно-исследовательские лаборатории работают над воссозданием другого с трудом поддающегося восстановлению человеческого органа — зуба. Сложность заключается в том, что клетки зуба развиваются из нескольких тканей, сочетание которых не удавалось воспроизвести. В настоящее время не полностью воссозданы только ранние этапы формирования зуба.Создание искусственного глаза в настоящее время находится на начальном этапе, однако уже получилось разработать аналоги отдельных его оболочек — роговицы, склеры, радужки.

В то же время, вопрос о том, как интегрировать их в единое целое, пока остается открытым.

Группе немецких ученых из университета г. Киля удалось успешно восстановить нижнюю челюсть пациента, почти целиком удаленную в связи с опухолью.

Стволовые клетки пациента вместе с факторами роста кости поместили в точную копию его челюсти, созданную из титановой сетки. Затем на период инкубации эту конструкцию на 8 недель поместили в его мышцу под правой лопаткой, откуда затем она была пересажена пациенту.

Пока преждевременно говорить о том, насколько эффективно будет функционировать такая челюсть. Однако это первый достоверный случай пересадки кости, буквально выращенной внутри человеческого организма.

Клетки, как строительные блоки

Тканевая инженерия в медицине
Окрашенные клетки в культуре

Тканевая инженерия использует живые клетки в качестве конструкционных материалов. Примеры включают использование живых фибробластов в коже замене или ремонте, хрящи отремонтированных с живыми хондроцитами или другими типами клеток , используемых другими способами.

Клетки стали доступны в качестве конструкционных материалов , когда ученые Geron Corp. выяснили , как продлить теломеры в 1998 году, производство иммортализованных клеточных линий . До этого, лабораторные культуры здоровых, незлокачественных клеток млекопитающих бы только разделить фиксированное число раз, до предела Хейфлика , перед смертью.

экстракция

Из жидких тканей , такие как кровь , клетки экстрагируют с помощью объемных методов, обычно центрифугирования или афереза . Из твердых тканей, извлечение более трудное. Обычно ткань измельчает, а затем расщепла ют ферментов трипсина или коллагеназы , чтобы удалить внеклеточный матрикс (ECM) , который удерживает клетку. После этого клетки свободно плавающий и экстрагируют с помощью центрифугирования или афереза .
Расщепление трипсином в значительной степени зависит от температуры. Более высокие температуры переваривать матрицу быстрее, но создают больший урон. Коллагеназы меньше зависит от температуры, и повреждает клетки меньше, но занимает больше времени и является более дорогим реагентом.

Типы клеток

Тканевая инженерия в медицине
Мышиные эмбриональные стволовые клетки

Клетки часто классифицируются по их источнику

Аутологичные клетки получают из того же самого человекак которому они будут реимплантировали. Аутологичные клетки имеют наименьшее количество проблем с отказом и передачи патогена, однако в некоторых случаях могут быть недоступны. Например, в генетической болезни подходящие аутологичных клеток не доступны. Кромеочень больные или пожилые люди, а такжепациентовстрадающие от серьезных ожогов, не могут иметь достаточное количество аутологичных клеток для установления полезных клеточных линий. Кроме того, поскольку эта категория клеток должна быть собрана из пациента, есть также некоторые проблемысвязанные с необходимостью выполнения таких хирургических операцийкоторые могут привести к заражению донора сайта или хронической боли.

Аутологичные клетки также должны быть выращены из образцовпрежде чем они могут быть использованы: это занимаетвремени, поэтому аутологичных решения не могут быть очень быстрыми. В последнее время наблюдается тенденция к использованию мезенхимальных стволовых клеток из костного мозга и жира . Эти клетки могут дифференцироваться в различные типах тканей, включая кости , хрящ , жир и нерв . Большое количество клеток может быть легко и быстро изолированно от жира, тем самым открывая потенциал для большого количества клетокчтобы быть быстро и легко получить.

Аллогенные клетки происходят из тела донора того же вида. Хотя есть некоторые этические ограничения на использование человеческих клеток для в пробирке исследований, применение дермальных фибробластов крайней плоти человека было продемонстрирован иммунологический безопасными и , таким образом , жизнеспособным выбором для тканевой инженерии кожи.

Ксеногенная клетки они изолированы от особей другого вида. В частности , клетки животных использовались достаточно широко в экспериментах , направленных на строительство сердечно – сосудистых имплантатов.

Сингенная или изогенная клетка выделяет из генетически идентичных организмов, такие , как близнецы, клоны, или высоко инбредные модели исследований на животных.

Первичные клетки из организма.

Вторичные клетки из клеточного банка.

Стволовые клетки являются недифференцированные клетки, способные к делению в культуре и приводят к возникновению различных форм специализированных клеток. По их источнику стволовых клеток делятся на «взрослый» и «эмбриональный» стволовые клетки, первый классявляющийся мультипотентный и последнююосновном плюрипотентным ; некоторые клетки тотипотентные , на самых ранних стадиях эмбриона. Хотя есть еще большие этические дебатысвязанные с использованием эмбриональных стволовых клеток, то считаетсячто еще один альтернативный источник – индуцированные стволовые клетки могут быть полезны для ремонта больных или поврежденных тканей, или могут быть использованы для выращивания новых органов.

Методы сборки

Одна из неизменных, постоянных проблем с тканевой инженерией является ограничением массопереноса. Сконструированные ткани обычно не хватает начального кровоснабжение, что делает его трудным для любых имплантированные клетки, чтобы получить достаточное количество кислорода и питательных веществ, чтобы выжить, или функционировать должным образом.

Самоорганизация

Методы самосборки было показано, что перспективные методы тканевой инженерии. Методы самосборки имеют преимущество , что позволяет ткани разрабатывать свой собственный внеклеточный матрикс, что приводит к ткани , которая лучше повторяет биохимические и биомеханические свойства нативной ткани. Самосборки сконструированного суставного хряща была введены Джерри Х и Кириакос А. Афанасио в 2006 году и применение процесса привело к спроектированному хрящу приближается к прочности нативной ткани. Самоорганизация является основной технологией , чтобы получить клетки , выращенные в лаборатории , чтобы собрать в трехмерный формы. Для того, чтобы разрушить ткани в клетки, исследователи сначала растворить внеклеточный матрикс , который обычно связывает их вместе. После того, как клетки изолированы, они должны образовывать сложные структуры , которые составляют наши природные ткани.

Сборка шаблона на основе жидкого

Воздух-поверхность жидкость устанавливается Фарадей волны исследуются в качестве шаблона , чтобы собрать биологические объекты , для снизу вверх тканевой инженерии. Эта жидкость на основе шаблон может быть динамически изменен в течение нескольких секунд, а сборка на шаблоне может быть достигнута в масштабируемом и параллельно. Сборка микромасштабных гидрогелей, клетка, нейрон посеяны шарики микро-носителей, клеточные эллипсоидов в различные симметричные и периодические структуры была продемонстрирована с хорошей жизнеспособностью клеток. Формирование 3D нейронной сети было достигнуто после того, как культуры 14-дневная ткани.

Производство добавок

Можно было бы печатать органы, или , возможно , целые организмы с использованием аддитивных производственных методов. Недавний инновационный метод строительства использует механизм струйной печать , чтобы точные слои клеток в матрице термообратимого геля. Эндотелиальные клетки, клетки, выстилающие кровеносные сосуды, которые были напечатаны в наборе сложенных колец. При инкубации, они слиты в трубку.

Поле трехмерных и высокоточных моделей биологических систем впервые несколькими проектами и технологиями , включая экспресс – метод для создания тканей и даже целых органов включает в себя 3D – принтер , который может печатать люльки и клеток послойно в образец рабочей ткани или орган. Устройство представлено в разговоре ТЭД доктором Энтони Атала, MD Директор Wake Forest Институт регенеративной медицины , и WH Boyce профессор и председатель кафедры урологии в университете Уэйк Форест, в котором почка напечатанной на этап в ходе семинара , а затем представил к толпе. Предполагается , что эта технология позволит производить печени в будущем для трансплантации и теоретически токсикологии и других биологических исследований , а также.

В последнее время Multi-Photon Processing (MPP) использовали для экспериментов в естественных условиях с помощью инженерных искусственных конструкций хрящей. Экс виво гистологическое исследование показало, что некоторые геометрии пор и до выращивания хондроцитов (CHO) до имплантации значительно повышает производительность созданных 3D каркасов. Достигнута биосовместимость была сравнима с коммерчески доступными коллагеновых мембран. Успешные результаты данного исследования поддерживает идею о том, что гексагональных пор-образный гибридные органо-неорганические микроструктурированных каркасы в сочетании с Cho затравкой могут быть успешно реализованы для проектирования хрящевой ткани.

Подмости

В 2013 годе , с использованием 3-D подмостей из Матригеля в различных конфигурациях, существенные панкреатические органоиды были произведены в пробирке. Кластеры небольшого числа клеток пролиферируют в 40000 клеток в течение одной недели. Кластеры превращаются в клетки , которые делают либо пищеварительные ферменты или гормоны , как инсулин , самоорганизующаяся в разветвленные панкреатические органоиды , которые напоминают поджелудочную железу.

Клетки чувствительны к окружающей среде, такие , как гель жесткость и контакт с другими клетками. Отдельные клетки не процветают; как минимум четыре ближайших клеток требуются для последующих органоидных развитий. Изменения в состав сред получают либо полые сферы в основном состоят из панкреатических клеток – предшественников, или сложных органоидов , которые самопроизвольно проходят панкреатический морфогенез и дифференцировку. Поддержание и расширение панкреатических клеток – предшественники требуют активной Notch и FGF сигнализации, перепросмотр вивых сигнализации нишу взаимодействий в.

Эти органоиды рассматривались как потенциально предлагая мини-органы для тестирования лекарственных средств и запасных инсулин-продуцирующих клеток.

Самые-самые перспективные профессии будущего

Многим ведущим экономистам, журналистам и программистам, к сожалению, пришлось оказаться в списке самых непригодных и непопулярных профессий нашего века. Данный список был опубликован в журнале Forbes. Данной ситуации не избежать и нашей стране, но с небольшим опозданием. В настоящее время, довольно популярными является профессия фрилансера, в отличие от работы в офисе, которая к тому же оплачивается намного меньше, да и четко регламентирована по установленному рабочему графику. Большое количество людей обретают свободу, и останавливают вой выбор на удаленной работе и в удобное для них время.

Проще говоря, эти перемены также коснулись и рынка труда: благодаря появляющимся с каждым днем новым технологиям, появляется возможность создания новейших профессий и специальностей. Одним из сенсационных открытий с нами смогла поделиться британская компания Fast Future. Один ученый привел результаты своей работы и смог описать ее следующим образом: Мы стараемся полностью убрать черту между действительностью и научной фантастикой. То, что мы наблюдаем в настоящее время в кино, в недалеком будущем станет обыденным и не будет от нас требовать высоких познаний в науке. Исходя из этого, мы постараемся представить вам в этой статье самые популярные и востребованные профессии будущего, которые появляются примерно к 2030 году.

Специалист по изготовлению искусственных органов.

Уже в ближайшее время, будет покончено с проблемой трансплантации органов. Многие ученые смогут отыскать способ решения этой проблемы, путем выращивания живых частей тела. Они то и смогут полностью заменить протезы или искусственные органы человека. Исходя из этого, в новейшей области медицины будут востребованы специалисты по созданию органов, психологи, врачи, и также специалисты некоторых предприятий и хранилищ по выполнению восстановительной рабаты поврежденных органов.

Профессии будущего: Новые и перспективные

Нано-медик.

Здесь мы перечисляем все профессии будущего, которые появятся в России примерно в 2020 году.

Благодаря нанотехнологиям, возможно будет создавать субатомные механизмы. Они представляют собой маленький роботов, главной задачей которых является помощь в лечении пациентов и проведение различных профилактических обследований. Данные специалисты будут пользоваться огромной популярностью по всему миру. Скотоводы и фермеры, ведущие свою работу с генными технологиями. Многие генномодифицированные продукты питания смогут стать очень вкусными и полезными. Допустим, в недалеком будущем смогут появиться такие специалисты, которые постараются вырастить овощи, имеющие вакцину от разнообразных заболеваний, либо создать новую породу коровы, которая будет давать лечебное молоко.

Консультант для людей преклонного возраста.

Благодаря многим открытиям в науке и медицине, срок жизни человека сможет быть увеличен на несколько десятков лет. Отсюда следует, что общее число людей престарелого возраста будет довольно высоким. Таким людям потребуются помощники и различные консультанты, которые смогут позаботиться об их самочувствии и здоровье. Данные специалисты будут прекрасно разбираться в различных научных достижениях медицины и будут обладать огромными знаниями в области лекарственных препаратов, протезирования, природных лекарствах, а также психологии.

Хирург, ведущий работу по увеличению памяти.

Память человека будет напоминать огромный компьютерный ресурс. Его можно увеличивать, или стирать, также можно будет переносить некоторое количество воспоминаний на всевозможные носители. Основной задачей хирурга будет оказание помощи тем людям, у которых память слишком перегружена.

Знаток научной этики.

Чем больше и глобальнее будут открытия в области науки и медицины, тем больше станут задумываться ученые о вопросах морали и этики. Профессионалам в данной сфере необходимо будет незамедлительно принимать главные для всего человечества решения – нужно ли продолжать научные исследования в той или иной сфере.

Профессии будущего: Новые и перспективные

Космические пилоты, гиды и архитекторы.

Быстрое освоение космического пространства станет приносить огромную прибыль, благодаря чему станет появляться большое количество рабочих мест. В области космического туризма будут требоваться такие специалисты, как – пилоты, гиды, а для вновь открывшихся гостиниц и отелей на Луне или марсе потребуются смелые архитекторы.

Работники вертикальных ферм.

Из этой статьи вы сможете узнать о том, какие будут существовать перспективные профессии на ближайшие 10 лет в России. Стоит сказать о том, что эти профессии отличаются от тех, которые были раньше. Но все же они в ближайшем будущем смогут принести прибыль. В области сельского хозяйства в скором времени все глобально поменяется. Оно сможет обрести для себя новый дом – это небоскребы в крупных мегаполисах. Идея создания вертикальной фермы поможет легко справляться с проблемами продовольствия, а также сможет значительно разгрузить крупнейшие дорожные магистрали.

Специалист по борьбе с изменениями климата.

Огромные проблемы в экологии приведут со временем к глобальным переменам климата на земле. Для борьбы с такими изменениями будут направлены многие специалисты в данной области. Их основной задачей будет являться создание смелых проектов. Допустим – установки зонтиков, гигантских размеров, для возможности отражать солнечные лучи, либо покрытие дна океана или морей опилками из железа, которые будут способствовать размножению планктона и различных водорослей.

Профессии будущего: Новые и перспективные

Специалист по карантину.

К сожалению, наше человечество не застраховано от различных катастроф. В случае вспышки эпидемии какого-нибудь опасного вируса, ученые постараются создать уникальные программы изоляции по городам и районам. Данной работой будут заниматься специалисты по карантину.

Погодная полиция.

В недалеком будущем могут появиться различные погодные контрабандисты и пираты, которые незаконно станут изменять климат, исполняя заказ некоторых обеспеченных лиц. Для того, чтобы бороться с такими изменениями погоды, будет организован особый отряд полиции, основной задачей которого будет регулировка некоторого количества облаков, либо солнечного света.

Виртуальный юрист.

Международный бизнес является по своей сути вещью очень запутанной и сложной. Для того, чтобы можно было разобраться в противоречии многих законов, установленных в различных странах, потребуется помощь виртуального юриста. Он будет предоставлять услуги онлайн.

Менеджеры аватаров и онлайн учителя.

В скором времени ведущую роль преподавателей будут осуществлять не реальные люди, а специально созданные для этого персонифицированные программы. Интерактивный учитель будет выступать в роли виртуального человека, или, проще говоря – аватара. А следить за их работой станут менеджеры.

Разработчики альтернативных видов транспорта.

Буквально через 6-15 лет плавающие и летающие средства транспорта, работающие на альтернативном виде топлива, станут явью. Автопром сможет получить огромное количество новых специалистов и рабочих мест. А планета Земля в свою очередь обретет чистейшую атмосферу.

Профессии будущего: Новые и перспективные

Специалисты по адресному вещанию.

Что выбрать? Персональную радиостанцию или телеканал? Что пожелаете! В настоящее время контент стал довольно разнообразным, исходя из этого, стало довольно просто и легко выбрать тот фильм или программу, которая вам нужна. В скором времени, над большим ассортиментом персонального контента, начнут работать сотрудники по адресному вещанию, которые также смогут разобраться с множеством новейших продуктов в области информации для индивидуального направления.

Утилизатор информации.

Уже через несколько десятков лет, сетевое информационное пространство будет достигать небывалых размеров. Для того, чтобы уничтожить личную информацию о себе, либо бизнесе, потребуется помощь спеиалистов-утилизаторов. Они то и станут работать над тем, чтобы не при каких обстоятельствах ваш личный файл не оказался в руках недоброжелателей.

Менеджер виртуального пространства.

У многих из нас существует некоторое количество электронных адресов, огромное множество созданных профилей в соц.сетях и форумах. В недалеком будущем у вас сможет появиться личный помощник, задачей которого будет быстрое и четкое упорядочение вашей виртуальной жизни. Они смогут вам помочь разобраться с сообщениями и письмами.

Профессии будущего: Новые и перспективные

Брокеры банка времени.

Именно время станет в скором будущем одной из самых ценных валют мира. Любой человек сможет заработать и потратить данную валюту в банке времени. Он представляет собой некое сообщество, в котором каждый участник будет предоставлять друг другу различные услуги, а оплачивать их единицами времени. К примеру, вы сможете помыть свой автомобиль или выгулять домашнего питомца, приобретя взамен валюту и оплатить, таким образом, этой денежной единицей именно те услуги, которые вам необходимы. А брокер, в свою очередь, будет выполнять роль организатора сделок на данной бирже.

Социальные работники соц. сетей.

Общение во многих соц. сетях большинство людей выводит из себя, и может причинить вред психике человека, тем более, если человек является очень творческой и известной личностью. Возникающие конфликтные ситуации между многими участниками таких виртуальных профилей очень часто перерастают в холодную войну, и избежать ее помогут лишь квалифицированные психологи. Данный сотрудник в социальной сфере будут являться некой службой спасения для всех пользователей сети Интернет.

Профессии будущего: Новые и перспективные

В заключение

Теперь вы узнали все профессии будущего. В этот список вошли новые и перспективные профессии, которые помогут людям обрести стабильный доход. И если вы не знаете, что выбрать сегодня для того, чтобы иметь доход в будущем, запомните те профессии, которые очень скоро будут востребованы.

Источники

  • https://www.profguide.io/professions/tkaneviy_injener.html
  • https://ru.qwe.wiki/wiki/Tissue_Engineering
  • https://www.biznes-idei.com/spisok-novih-i-perspektivnih-ptofessii-buduchego.html
  • https://www.trud.ru/article/20-01-2010/235188_rabota_buduschego_vyraschivat_chelovecheskie_organy.html
  • https://www.profguide.io/professions/developer_of_the_neuroprosthesis.html
[свернуть]
Оцените статью
Понравилась статья?
Комментарии (0)
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Комментарии закрыты.