Վիքիպեդիա

Հյուսվածքային ինժեներիա

Հյուսվածքային ինժեներիան կենսաբժշկական ինժեներիայի ոլորտ է, որը նպատակ ունի վերականգնել, կենսունակ պահել կամ փոխարինել օրգանիզմի կենսաբանական հյուսվածքները՝ օգտագործելով կենդանի բջիջներ, բիոմատերիալներ և ինժեներական մեթոդներ, ինչպես նաև անհրաժեշտ կեսաքիմիական և ֆիզիկաքիմիական գործոնները։ Սովորաբար հյուսվածքային ինժեներիայում օգտագործվում են բջիջների և հյուսվածքային սքաֆոլդների համակցություններ՝ բժշկական կիրառման նպատակով։ Թեպետ նախկինում հյուսվածքային ինժեներիան համարվել է բիոմատերիալների գիտության ենթաբաժին, սակայն, ժամանակի ընթացքում, այս ոլորտը, զարգանալով, վեր է ածվել գիտության առանձին ճյուղի։

Ինչ է հյուսվածքային ինժեներիան և որոնք են դրա սկզբունքները

Չնայած որ հյուսվածքային ինժեներիան, տերմինի լայն իմաստով, ունի շատ բազմազան կիրառություններ, սակայն գործնականում «հյուսվածքային ինժեներիա» տերմինն առավելապես կապված է իր բժշկական կիրառման հետ, երբ հյուսվածքային ինժեներիան օգտագործվում է վնասված հյուսվածքների կամ օրգանների վերականգնման կամ փոխարինման նպատակով (օրինակ՝ ոսկր, աճառ[1], արյունատար անոթներ, միզապարկ, մաշկ, մկան և այլն)։ Հաճախ, ֆունկցիոնալ լինելու համար, այս հյուսվածքները պետք է օժտված լինեն որոշակի հստակ մեխանիկական և կառուցվածքային հատկություններով։ Երբեմն «հյուսվածքային ինժեներիա» տերմինն օգտագործվում է նաև այն դեպքերում, երբ գիտնականների կողմից փորձ է արվում ստանալ որոշակի հստակ ֆունկցիաներ կատարող արհեստական համակարգեր՝ բջիջների ընդգրկմամբ (օրինակ՝ արհեստական ենթաստամոքսային գեղձ կամ բիոարհեստական լյարդ՝ BAL սարք։ «Ռեգեներատիվ բժշկություն» տերմինը հաճախ օգտագործվում է որպես «հյուսվածքային ինժեներիա» տերմինի հոմանիշ, սակայն, ռեգեներատիվ բժշկության մեթոդներում հատկապես ընդգծված է ցողունային բջիջների կամ պրոգենիտոր բջիջների օգտագործումը՝ հյուսվածքների ստացման նպատակով։

Ընդհանուր ակնարկ խմբագրել

 
C3H-10T1/2 բջիջների կուլտուրանես` ներկված Alcian blue ներկով, թթվածնի տարբեր պարցիալ ճնշումների պայմաններում

Հյուսվածքային ինժեներիայի՝ առավել հաճախ կիրառվող սահմանումը տվել են գիտնականներ Լանգերը[2] և Վականտին[3], համաձայն որի՝ հյուսվածքային ինժեներիան «միջմասնագիտական ոլորտ է, որը կիրառում է ճարտարագիտության և կենսաբանական գիտությունների սկզբունքները՝ մշակելով կենսաբանական փոխարինիչներ, որոնք վերականգնում, պահպանում կամ բարելավում են [կենսաբանական հյուսվածքի] կամ ամբողջ օրգանի ֆունկցիան»[4]։ Բացի այդ, Լանգերը և Վականտին նաև սահմանել են, որ կա հյուսվածքային ինժեներիայի երեք հիմնական տեսակ. բջիջներ, հյուսվածքները խթանող նյութեր և բջիջ+արտաբջջային մատրիքս (հյուսվածքային ինժեներիայում արտաբջջային մատրիքսը փոխարինող կառուցվածքներն անվանվում են սքաֆոլդներ)։ Հյուսվածքային ինժեներիան նաև սահմանվել է որպես գիտություն, որը նպատակ ունի «հասկանալ հյուսվածքների աճի սկզբունքները և կիրառել դրանք՝ ֆունկցիոնալ փոխաինիչ հյուսվածքներ ստանալու նպատակով՝ հետագա կլինիկական կիրառման համար»[5]։ Եվ ապա այս միտքը շարունակվում է հետևյալ կերպ, որ «հյուսվաքծային ինժեներիայի հիմքում ընկած է այն ենթադրությունը, որ կենդանի համակարգի բնական կենսաբանական հատկությունների օգտագործումը թույլ կտա ավելի մեծ հաջողությամբ մշակել բուժական տակտիկաներ՝ ուղղված հյուսվածքի փոխարինմանը, վերականգնմանը, պահպանմանը կամ ֆունկցիայի բարելավմանը[5]։

Հյուսվածքային ինժեներիան, լինելով բազմամասնագիտական ոլորտ, իր զարգացման ընթացքում առաջարկել և առաջարկում է նորանոր մեթոդներ, հյուսվածքների փոխարինիչներ, ինչպես նաև դրանց կիրառման տակտիկաներ։ Բիոմատերիալների, ցողունային բջիջների, աճի և տարբերակման գործոնների, կենսամիմետիկ միջավայրերի ուսումնասիրման ոլորտներում գիտության զարգացման շնորհիվ ի հայտ են եկել նոր բացառիկ հնարավորություններ, որոնք թույլ են տալիս լաբորատոր պայմաններում, օգտագործելով արտաբջջային մատրիքսների փոխարինիչներ (սքաֆոլդներ), բջիջներ և կենսաբանորեն ակտիվ մոլեկուլներ՝ համադրելով դրանք, սանալ հյուսվածքներ կամ բարելավել հյուսվածքների կառուցվածքաֆունկցիոնալ հատկությունները։ Ներկայումս հյուսվածքային ինժեներիայի առջև ծառացած ամենամեծ խնդիրներից են համարվում՝ բարդ ֆունկցիոնալության ապահովումը, կենսամեխանիկական կայունությունը, ինչպես նաև՝ փոխպատվաստման համար պատրաստվող, լաբորատոր պայմաններում ստացված հյուսվածքների անոթավորումը։ Հյուսվաքծային ինժեներիայի հետագա հաջողությունները և մարդկային հյուսվածքների իրական փոխարինիչների ստեղծման հնարավորությունները պայմանավորված կլինեն ինժեներիայի և մի շարք գիտությունների մեթոդների համատեղմամբ։ Այդպիսի գիտություններից հատկապես արժե նշել նյութաբանությունը, բիոինֆորմատիկան, զարգացման կենսաբանությունը, ինչպես նաև հյուսվածքների, արտաբջջային մատրիքսների, աճի գործոնների և ցողունային բջիջների ուսումնասիրմամբ զբաղվող կենսաբանության ճյուղերը։

2003 թվականին, ԱՄՆ Ազգային գիտական հիմնադրամը (NSF) հրապարակել է մի զեկույց, որը կոչվում էր «Հյուսվածքային ինժեներիայի ի հայտ գալը որպես հետազոտական ոլորտ» ("The Emergence of Tissue Engineering as a Research Field"), որում հանգամանալիորեն նկարագրված է այս ոլորտի պատմությունը[6]։

Ստուգաբանություն խմբագրել

Տերմինի պատմական ծագումը պարզ չէ, քանի որ դրա սահմանումը փոփոխվել է վերջին տասնամյակների ընթացքում։ Առաջին անգամ այս տերմինը հիշատակվել է եկել 1984թ. կատարված մի գիտական հրապարակման մեջ, որում նկարագրվում էնդոթելանման մեմբրանի առաջացումը աչքի արհեսական պրոթեզի մակերեսին, իմպլանտացիայից հետո երկար ժամանակ անց[7]։

Ներկայիս իմաստով տերմինն առաջին անգամ օգտագործվել է 1985թ. Ինժեներական հետազոտությունների կենտրոնի գիտնական, ֆիզիոլոգ և բիոինժեներ Յուան-Չեն Ֆունգի կողմից։ Նա առաջարկեց միավորել «հյուսվածք» (հղում կատարելով բջիջների և օրգանների միջև հիմնարար փոխհարաբերություններին) և «ինժեներիա» (հղում կատարելով ոլորտին, որը զբաղվում է այդ հյուսվածքների ձևափոխմամբ). Տերմինը պաշտոնապես հաստատվել է 1987թ.[7]։

Պատմություն խմբագրել

Հին ժամանակաշրջան (Մինչև 17-րդ դարը) խմբագրել

Մարդու հյուսվածքների ֆունկցիայի վերաբերյալ որոշակի (թեպետ և չնչին) գիտելիք մարդկությունն ունեցել է դեռևս անհիշելի ժամանակներից։ Հայտնի է, որ Նոր քարի դարում վերքերի լավացումը խթանելու նպատակով վերքերը կարվել են։ Ավելի ուշ, Հին Եգիպտոսում և այլ առաջադեմ քաղաքակրթություններում մշակվեցին բուսական և այլ նյութերից պատրաստված կարանյութեր, որոնք օգտագործվում էին վերքերը կարելու նպատակով։ Մոտավորապես մ.թ.ա. 2500-ականներին, հին Հնդկաստանում մշակվել են մաշկային փոխպատվաստուկներ, որոնք վերցվել են հետույքի շրջանից և դրանցով ծածկվել են ականջների, քթի, շրթունքների շրջանի վերքերը՝ օգտագործելով կարեր։ Հին եգիպտացիները հաճախ իրականացնում էին դիակներից վերցված մաշկի փոխպատվաստում հիվանդներին, և նույնիսկ փորձեր էին անում օգտագործել մեղր՝ վարակների զարգացումը ճնշելու նպատակով, ինչպես նաև յուղ՝ որպես վարակներից պաշտպանող պատնեշ։ Արդեն մեր թվարկության 1-ին և 2-րդ դարերում, գալլո-հռոմեացիները մշակել են կռած երկաթից պատրաստված իմպլանտներ, իսկ հին մայաների մոտ օգտագործվում էին ատամների իմպլանտներ։

Լուսավորության դարաշրջան (17-19-րդ դարեր) խմբագրել

Թեպետ լուսավորության դարաշրջանի որոշ գիտնականների հաջողվել էր մշակել ժամանակի համար բավականին առաջադեմ տեխնոլոգիաներ, սակայն նրանց մոտ նույնպես, դեռևս չկար մեխանիստական պատկերացում այն մասին, թե ինչպես է օրգանիզմն արձագանքում այդպիսի միջամտություններին։ Այս մեխանիկական մոտեցումը սկսեց զարգանալ Ռենե Դեկարտի կողմից առաջադրված գիտության էմպիրիկ մեթոդի զարգացմանը զուգընթաց։ Իսահակ Նյուտոնը սկսեց նկարագրել օրգանիզմը որպես «ֆիզիկաքիմիական մեքենա» և ներկայացրեց հիվանդությունն իբրև այդ «մեքենայի» անսարքություն։ 17-րդ դարում Ռոբերտ Հուկը հայտնաբերեց բջիջը, իսկ Բենեդիկտ դե Սպինոզան իր աշխատության մեջ առաջ քաշեց հոմեոստազի գաղափարը, որն առկա է օրգանիզմի դինամիկ գործընթացների միջև։ 18-րդ դարում պոլիպ հիդրաների վրա Աբրահամ Տրեմբլեի կողմից կատարված հետազոտությունների արդյունքում գիտնականներն սկսեցին խորանալ նաև բջիջների ռեգեներատիվ ունակությունների ուսումնասիրման գործում։ 19-րդ դարում գիտնականներին հաջողվեց պարզել, թե ինչպես են տարբեր մետաղները փոխազդում օրգանիզմի միջավայրերի հետ, ինչի շնորհիվ մշակվեցին կատարելագործված կարանյութեր և սկսեցին օգտագործվել մետաղական հարթակներ և պտուտակներ՝ ոսկրերի ֆիքսացիայի նպատակով։ Ապա, 1800-ականների կեսերին առաջին անգամ վարկած առաջադրվեց, որ բջիջ-միջավայր փոխազդեցությունները և բջիջների պրոլիֆերացիան խիստ կարևոր են հյուսվածքների ռեգեներացիայի գործընթացում։

Ժամանակակից դարաշրջան (20-րդ և 21-րդ դարեր) խմբագրել

Ժամանակի ընթացքում, տեխնոլոգիաների զարգացմանը զուգընթաց, անընդհատ անհրաժեշտություն կա, որպեսզի գիտնականները փոփոխեն իրենց հետազոտությունների մեթոդները։ Հյուսվածքային ինժեներիայի հիմքում ընկած գաղափարները դարերի ընթացքում շարունակել են իրենց զարգացումը, մինչև որ հյուսվածքային ինժեներիան ինքնին ձևավորվել է որպես առանձին գիտություն։ Սկզբում մարդիկ սկսել են մտածել դիակներից վերցված փոխպատվաստուկների կիրառման ուղղությամբ և օգտագործել են հենց ուղղակիորեն մարդկային կամ կենդանական դիակային հյուսվածքներ։ Այժմ, հյուսվածքային ինժեներիան հնարավորություն է տալիս վերստեղծել օրգանիզմի բազմաթիվ հյուսվածքներ՝ օգտագործելով ժամանակակից տեխնոլոգիաներ, ինչպիսիք են՝ միկրոֆաբրիկացիան, եռաչափ բիոտպագրությունը և այլն՝ միաժամանակ օգտագործելով հիվանդի սեփական հյուսվածքներից վերցված բջիջներ և/կամ ցողունային բջիջներ։ Այս ամենը հնարավորություն տվեց գիտնականներին ավելի արդյունավետ եղանակներով ստանալ նոր հյուսվածքներ։ Օրինակ՝ այս տեխնոլոգիաները հնարավորություն են տալիս ստանալ ավելի անհատականացված՝ պերսոնալիզացված բուժման մեթոդներ, որոնք թույլ են տալիս ստանալ ավելի բարձր կենսահամատեղելիություն, նվազեցված իմուն պատասխան (խոսքը գնում է հիվանդի օրգանիզմի կողմից այս մեթոդներով ստացված փոխպատվաստուկի մերժման հավանականության քչացման մասին), բջջային ինտեգրացիա և ավելի բարձր կենսունակություն։ Կասկած չկա, որ այս տեխնոլոգիաներն ապագայում նույնպես շարունակելու են զարգանալ, ինչպես որ ականատես եղանք վերջին տասնամյակներում միկրոֆաբրիկացիայի և բիոտպագրության զարգացմանը։

1960թ., Օտտո Վիխտերլեն և Դրահոսլավ Լիմն առաջինն էին, որ հրապարակեցին իրենց փորձերը հիդրոգելերի և բիոմատերիալների կիրառման վերաբերյալ՝ օգտագործելով վերջիններս կոնտակտային ոսպնյակների մշակման մեջ։ Այս ոլորտի շուրջ աշխատանքները դանդաղորեն շարունակվեցին հաջորդ երկու տասնամյակների ընթացքում, սակայն այնուհետև կրկին թափ հավաքեցին, երբ հիդրոգելերը սկսեցին կիրառվել հիվանդի օրգանիզմ դեղանյութերի կարգավորված մատակարարման՝ դեղանյութերի ֆարմակոկինետիկ հատկությունների բարելավման նպատակով։ 1984թ. Չարլզ Հալլը ստեղծեց առաջին եռաչափ տպիչը՝ ստերեոլիթոգրաֆիկ սարքը՝ դառնալով եռաչափ տպագրության հիմնադիրը[8]։ Եռաչափ տպագրությունն ադդիտիվ արտադրության տեսակ է, որը հետագայում բազմազան կիրառություններ գտավ բժշկական ինժեներիայում՝ իր բարձր ճշգրտության և արդյունավետության շնորհիվ։ 1998թ. կենսաբան Ջեյմս Թոմփսոնի կողմից մարդկային ցողունային բջիջների առաջին բջջային գծերի մշակման, այնուհետև՝ 1999թ. առաջին անգամ լաբորատորիայում ստեղծված օրգանների տրանսպլանտացիայի, 2003թ. Միսսուրիի համալսարանի կողմից առաջին բիոպրինտերի (որը բիոտպագրությունն իրականացնում էր հյուսվածքային սֆերոիդներով՝ առանց սքաֆոլդների կիրառման) ստեղծման արդյունքում, եռաչափ բիոտպագրությունն ավելի ու ավելի մեծ ճանաչում և կիրառություններ գտավ բժշկության ասպարեզում։

Մինչ օրս, գիտնականները կարողացել են տպագրել մինի-օրգանոիդներ և այսպես կոչված օրգաններ-չիպի-վրա, որոնց միջոցով հնարավոր եղավ գործնականում մոդելավորել մարդու օրգանիզմների ֆունկցիաները, ինչի շնորհիվ այսպիսի նմուշները դեղագործական ընկերությունների կողմից կիրառվում են որպես մոդելներ՝ դեղորայքի փորձարկման նպատակով՝ մինչև կենդանիների վրա փորձարկումների փուլին անցնելը։

Սակայն, դեռևս չի հաջողվել տպագրել լիարժեք ֆունկցիոնալ և անհրաժեշտ կառուցվածք ունեցող օրգաններ։ Ըստ որոշ տվյալների՝ գիտնականների տարբեր հետազոտական խմբեր տպագրել են ականջների նմուշներ և փոխպատվաստել դրանք ականջների զարգացման արատներ ունեցող երեխաներին[9]։

Ներկայումս բիոտպագրության համար որպես բիոթանաք առավել գերադասելի են համարվում հիդրոգելերը, քանի որ դրանք նմանակում են բջիջների շրջապատող բնական արտաբջջային մատրիքսը՝ միևնույն ժամանակ ունենալով ամուր մեխանիկական հատկություններ և ունակ լինելով պահպանել կայուն եռաչափ կառուցվածք։ Ավելին՝ հիդրոգելերի և եռաչափ բիոտպագրության մեթոդների օգտագործմամբ հնարավոր է դառնում նաև ստանալ տարբեր սքաֆոլդներ, որոնք կարող են օգտագործվել նոր հյուսվածքների և օրգանների ստացման նպատակներով։

Եռաչափ տպագրված հյուսվածքների կիրառումը դեռևս բախվում է բազմաթիվ խնդիրների, որոնցից է, օրինակ, անոթավորման խնդիրը։ Այնուամենայնիվ, մի բան հստակ է, որ եռաչափ տպագրված հյուսվածքները կնպաստեն մարդու օրգանիզմի ավելի բազմակողմանի ուսումնասիրմանը՝ այսպիսով արագացնելով ինչպես հիմնարար, այնպես էլ կլինիկակակն հետազոտությունները։

Օրինակներ խմբագրել

 
Մարդու ականջի աճառային հյուսվածքի ինժեներիա

Համաձայն Լանգերի և Վականտիի սահմանման[4]՝ հյուսվածքային ինժեներիայի օրինակները դասվում են հետևյալ կատեգորիաներից որևէ մեկին կամ մի քանիսին՝ «միայն բջիջներ», «բջիջներ և սքաֆոլդ» կամ «հյուսվածքները խթանող գործոններ»։

  • In vitro միս։ In vitro պայմաններում, այսինքն՝ փորձանոթում աճեցված կենդանական մկանային հյուսվածք, որը կարող է օգտագործվել որպես սնունդ։
  • Բիոարհեստական լյարդ՝ BAL սարք, «Արհեստական լյարդ», Արտամարմնային լյարդի օժանդակ սարք (ELAD)։ Մարդու հեպատոցիտները (C3A բջջային գիծ) սնամեջ մանրաթելային կենսառեակտորում կարող են նմանակել լյարդի որոշ ֆունկցիաներ, ինչն օգտագործվում է սուր լյարդային անբավարարության դեպքերում։ Եթե հնարավոր լիներ ստանալ լիարժեք ֆունկցիոնալ ELAD սարք, ապա այն կկարողանար ժամանակավորապես գործել որպես լյարդ՝ կատարելով լյարդի ֆունկցիաները և հնարավորություն տալ լյարդին վերականգնվել ինքնուրույն՝ խուսափելով փոխպատվաստման անհրաժեշտությունից։
  • Արհեստական ենթաստամոքսային գեղձ։ Այս դեպքում հետազոտություններում օգտագործվում են Լանգերհանսյան կղզյակների բետա-բջիջներ՝ օրգանիզմի գլյուկոզի մակարդակի կարգավորման նպատակով, մասնավորապես՝ շաքարային դիաբետի դեպքերում։ Կարող են օգտագործվել նաև կենսաքիմիական տարբեր գործոններ, որոնք կուղղորդեն մարդու պլյուրիպոտենտ ցողունային բջիջների տարբերակումը՝ վերածվելը ինսուլին արտադրող բջիջների։
  • Արհեստական միզապարկ։ Ուեյք-Ֆորեսթ համալսարանի գիտնական Էնթոնի Ալատայի[10] կողմից փորձեր են արվել լաբորատոր պայմաններում ստացված միզապարկերի նմուշները փոխպատվաստել մոտ 2 տասնյակ հիվանդների[11]։
  • Աճառ։ Փորձեր են կատարվել սքաֆոլդների և աուտոլոգ բջիջների օգտագործմամբ ստացված աճառային հյուսվածքի նմուշներն օգտագործել հիվանդների մոտ՝ ծնկան հոդի վերականգնման նպատակով[12]։
  • Սքաֆոլդներից զերծ աճառ։ Այս դեպքում աճառային հյուսվածքը ստացվում է առանց սքաֆոլդի կիրառման, երբ բջիջներն անմիջականորեն իրենք են սինթեզում շրջակա միջբջջային նյութը[13]։
  • Բիոարհեստական սիրտ։ Այս ուղղությամբ գիտական հետազոտություններում մեծ ներդրում ունի Դորիս Թեյլորի լաբորատորիան[14]։ Այս դեպքում գիտնականները վերցրել են առնետի սիրտ, մաքրել այն բջիջներից (ապաբջջայնացում՝ դեցելյուլարիզացիա), այնուհետև դրանց փոխարեն ներարկել են այլ առնետից վերցված ցողունային բջիջներ (վերաբջջայնացում՝ ռեցելյուլարիզացիա), որոնք որոշ չափով կարողացել են կրկին ձևավորել սրտի հյուսվածքները[15]։
  • Հյուսվածքային ինժեներիայի միջոցով ստացված շնչուղիներ։ Որոշակի փորձեր են կատարվել ապաբջջայնացման-վերաբջջայնացման մեթոդներով ստանալ նաև շնչափողի հյուսվածք[16]։
  • Հյուսվածքային ինժեներիայի միջոցով ստացված արյունատար անոթներ[17]։
  • Արհեստական մաշկ։ Այս ուղղությունը, թերևս, վերը նշվածներից ամենամոտն է համատարած կլինիկական կիրառմանը։ Մոտեցումներ կան ինչպես բիոտպագրության, հիդրոգել-բջիջ համադրությունների, այնպես էլ ապաբջջայնացման մեթոդների կիրառման հիման վրա։ Սա հատկապես մեծ պոտենցիալ կիրառություններ կարող է ունենալ, օրինակ՝ ռազմական գործողությունների հետևանքով առաջացած մեծ ծավալի այրվածքների դեպքում[18]։
  • Արհեստական ոսկրածուծ։ Ոսկրածուծից վերցված և in vitro կուլտիվացված բջիջներն օգտագործվում են փոխպատվաստման նպատակով։ Սա օրինակ է հյուսվածքային ինժեներիայի «միայն բջիջներ» մոտեցման[19]։
  • Հյուսվածքային ինժեներիայի մեթոդներով ստացված ոսկրային հյուսվածք։ Կառուցվածքային մատրիքսը կարող է բաղկացած լինել տարբեր նյութերից, այդ թվում՝ տիտան, տարբեր կենսաքայքայման արագություններով պոլիմերներ, կամ կերամիկայի տարբեր տեսակներ[20]։ Հաճախ ընտրվում մատերիալներ, որոնք ներգրավում են օստեոբլաստներ, որոնք նպաստում են ոսկրի վերակառուցմանը և կենսաբանական ֆունկցիայի վերականգնմանը։ Բջիջների տարբեր տեսակներ կարող են ուղղակիորեն ավելացվել մատրիքսին՝ գործընթացի արագացման նպատակով[20]։
  • Բերանի խոռոչի լորձաթաղանթի վերականգնում հյուսվածքային ինժեներիայի մեթոդներով. օգտագործվում են բջիջներ և սքաֆոլդներ՝ բերանի լորձաթաղանթի եռաչափ կառուցվածքը նմանակելու նպատակով։
  • Սեռական օրգանների հյուսվածքային ինժեներիա[21]։ Հատկապես՝ գենիտալ տրավմաների դեպքում այս ուղղությունը բավականին հեռանկարային է։

Բջիջները որպես կառուցվածքային բլոկեր խմբագրել

 
Ներկված բջիջներ՝ բջջային կուլտուրայում

Հյուսվածքային ինժեներիայի մեթոդների հաջող կիրառման գրավական հանդիսացող կարևորագույն բաղադրիչներից մեկը բջիջներն են։ Հյուսվածքային ինժեներիայում վերջիններս օգտագործվում են որպես նոր հյուսվածքների ստեղծման/փոխարինման տակտիկաների կարևորագույն բաղադրիչ։ Օրինակ՝ ֆիբրոբլաստները, որոնք օգտագործվում են մաշկի վերականգնման նպատակով[22], խոնդրոցիտները՝ աճառների վերականգնման նպատակով (MACI՝ FDA-ի կողմից հաստատված ապրանքանիշ), իսկ հեպատոցիտները՝ լյարդի ֆունկցիային աջակցելու նպատակով։

Հյուսվածքային ինժեներիայում բիջները կարող են օգտագործվել առանձին կամ սքաֆոլդների հետ միասին։ Բջիջները որպես կառուցվածքային բլոկեր կիրառելու դեպքում՝ անհրաժեշտ պայման է հանդիսանում համապատասխան միջավայրի ապահովումը, որտեղ բջիջները կարողանան աճել, տարբերակվել և ինտեգրվել արդեն առկա հյուսվածքների մեջ[23]։ Այս բջջային գործընթացներից ցանկացած որևէ մեկի մանիպուլյացիան կարող է հանգեցնել մեկ այլ հյուսվածքի առաջացման «սցենարին» (օրինակ՝ սոմատիկ բջիջների վերածրագրավորում, անոթավորում)։

Բջիների առանձնացում խմբագրել

Բջիջների առանձնացման մեթոդների ընտրությունը կախված է նրանից, թե որտեղից պետք է տվյալ բջիջները վերցվեն։ Կենսաբանական հեղուկներից, օրինակ՝ արյունից բջիջների անջատման նպատակով օգտագործվող մեթոդներից են ցենտրիֆուգումը և աֆերեզը։ Տարբեր հյուսվածքներից/օրգաններից բջիջների անջատման նպատակով, սակայն, ցենտրիֆուգումից կամ աֆերեզից առաջ հաճախ հարկավոր է լինում իրականացնել հյուսվածքների հատուկ մշակում, որպես օրենք՝ ֆերմենտների միջոցով, որոնք քայքայում են բջիջների շրջակա արտաբջջային մատրիքսը՝ այդպիսով առանձնացնելով բջիջները։ Այս նպատակով առավել հաճախ օգտաործվող ֆերմենտներից են տրիպսինը և կոլլագենազան։ Տրիպսինի ազդեցությունը կախված է ջերմաստիճանից, մինչդեռ կոլլագենազան ավելի քիչ է զգայուն ջերմաստիճանային փոփոխությունների հանդեպ։

Առաջնային և երկրորդային բջջային կուլտուրաներ։ խմբագրել

 
Մկան սաղմնային ցողունային բջիջներ

Առաջնային են կոչվում այն բջիջները, որոնք առանձնացվում են ուղղակիորեն դոնոր-օրգանիզմից։ Այս բջիջները հանդես են գալիս որպես բջիջների վարքագծի ex-vivo՝ արտամարմնային մոդել, առանց որևէ գենետիկական կամ զարգացումային փոփոխությունների, ինչի շնորհիվ այս բջիջներն ավելի նման են կրկնօրինակում in vivo պայմանները, քան, օրինակ, այլ մեթոդներով ստացված բջիջները[24]։ Սակայն այս հանգամանքը կարող է նաև հետազոտական գործընթացում որոշակի բարդություններ առաջացնել։ Դրանք հասուն բջիջներ են, հաճախ վերջնականորեն տարբերակված, ինչը նշանակում է, որ առաջնային բջիջներից շատերի մոտ պրոլիֆերացիան բարդացած է կամ անհնար։ Բացի այդ, այսպիսի բջիջներին բնորոշ միջավայրն օրգանիզմում նույնպես բավականին սպեցիֆիկ է, և այդպիսի միջավայրը լաբորատոր պայմաններում դժվար է կրկնօրինակել[25]։

Երկրորդային բջիջներ: Առաջնային բջջային կուլտուրաները կենսունակ պահելու և դրանց կուլտիվացումը շարունակելու նպատակով, երբ բջրջների քանակն ավելանում է, պարբերաբար հարկ է լինում այդ բջիջների մի մասը տեղափոխել մեկ այլ տարայի մեջ. այս գործընթացը կոչվում է վերացանում կամ սուբկուլտիվացիա։ Վերացանման ժամակ առաջնային կուլտուրայից հեռացվում է սննդային միջավայրը, առանձնացվում են անհրաժեշտ բջիջները և տեղափոխվում են նոր սննդային միջավայրով նոր տարայի մեջ[26]։ Երկրորդային բջջային կուլտուրաների ստացումը թույլ է տալիս ապահովել քանակապես աճող բջիջների համար բավարար տարածք և սննդանյութեր, որոնք դրանց անհրաժեշտ են աճի համար։ Երկրորդային կուլտուրաները հատկապես օգտագործվում են այն դեպքերում, երբ անհրաժեշտ է փոքր քանակի առաջնային բջիջներից ստանալ ավելի մեծ քանակի բջիջներ։ Որպես օրենք, երկրորդայն բջիջները նույնպես ունեն առաջնային բջիջների վերը նշված թերություններն ու սահմանափակումները, ինչպես նաև կա բջիջների վարակման ռիսկ՝ վերացանման ընթացքում։

Բջիջների գենետիկական դասակարգումը խմբագրել

Աուտոլոգ։ Բջիջներն այսպես են կոչվում այն դեպքերում, երբ բջիջների դոնորն ու ռեցիպիենտը նույն անձն է, այսինքն՝ բջիջները վերցվում են տվյալ մարդուց, կուլտիվացվում կամ պահպանվում են, և հետագայում փոխպատվաստվում են հենց նույն մարդուն։ Այս մոտեցման առավելությունն այն է, որ այդ սեփական բջիջները չեն ընկալվում մարդու օրգանիզմի կողմից որպես օտար, և չի առաջանում անտիգենային իմուն պատասխան։ Իմուն համակարգը ճանաչում է այդ բջիջները որպես սեփական և, հետևաբար, չի գրոհում այդ բջիջներին։ Սակայն, աուտոլոգ բջիջների անջատումն անիմաստ է դառնում, երբ մարդու այդ բջիջներն ի սկզբանե վնասված են լինում, կամ երբ, օրինակ, մարմնի այն հատվածը, որտեղից դրանք պիտի անջատվեն, ախտահարված է լինում։ Մյուս կողմից՝ ցողունային բջիջները, օրինակ՝ ճարպային հյուսվածքից և ոսկրածուծից ստացված մեզենքիմալ ցողունային բջիջները, թեպետ իրենց բնույթով աուտոլոգ են, սակայն կարող են օգտագործվել տարբեր եղանակներով՝ տարբերակվելով տարբեր այլ տեսակի բջիջների. այսպիսով՝ նմանատիպ բջիջները պոտենցիալ կարող են կիրառվել տարբեր հյուսվածքների վերականգնման նպատակով, օրինակ՝ վերածվելով ոսկրային բջիջների կամ փոխարինելով Լանգերհանսյան կղզյակների բետա-բջիջները դիաբետով հիվանդների մոտ[27][28][29][30]։

Ալլոգենային։ Այս անվանումը կիրառվում է, երբ բջիջների դոնորը և ռեցիպիենտը տարբեր են, սակայն պատկանում են նույն կենսաբանական տեսակին (օրինակ՝ մարդուց մարդ)։ Մարդու բջիջների կիրառումը in vitro հետազոտություններում երբեմն առնչվում է որոշակի էթիկական խնդիրների և արգելքների հետ (օրինակ՝ մարդու ուղեղային հյուսվածքի քիմերաների մշակում[31]), սակայն, օրինակ, մաշկի հյուսվածքային ինժեներիայում թլիպից վերցված ֆիբրոբլաստների կիրառումը էթիկական խնդիրներից զերծ, իմունոլոգիապես հարաբերականորեն անվտանգ մեթոդի օրինակ է։

Քսենոգենային։ Այս դեպքում բջիջների դոնորը և ռեցիպիենտը տարբեր կենսաբանական տեսակների են պատկանում (օրինակ՝ խոզից մարդու օրգանիզմ)։ Քսենոգենային հյուսվածքի օգտագործման վառ օրինակ է արյունատար համակարգի իմպլանտների ստացումը կենդանական բջիջների օգտագորմամբ։ Սակայն, այստեղ նույնպես կարող են լինել էթիկական խնդիրներ[32]։

Սինգենային կամ իզոգենային։ Այս բջիջների դոնորը և ռեցիպիենտն ունենում են նույնական գենետիկական կոդ (օրինակ՝ երբ դոնորն ու ռեցիպիենտը երկվորյակներ են)։ Այս դեպքում դիտվում են աուտոլոգ բջիջների օգտագործմանը բնորոշ առավելությունները, այսինքն՝ որպես օրենք, ռեցիպիենտի օրգանիզմը չի մերժում այդ բջիջները և չի ընկալու դրանք որպես օտար[33]։ Իրականում, տեխնիկապես, վերը նշված աուտոլոգ բջիջները նույնպես կարող են համարվել սինգենիկ, սակայն սինգենիկ են համարվում նաև երկվորյակից վերցված բջիջները, ինդուկցված ցողունային բջիջները և այլն, այսինքն այն բոլոր դեպքերը, երբ բջիջներն ունենում են նույն գենետիկական կոդը, ինչ որ ռեցիպիենտի մոտ է[34]։

Ցողունային բջիջներ խմբագրել

Ցողունային բջիջները չտարբերակված բջիջներ են, որոնք ունակ են բջջային կուլտուրայում բաժանվել և առաջացնել տարբեր տեսակի ավելի «մասնագիտացված» բջիջներ (այս գործընթացը կոչվում է բջիջների տարբերակում)։ Ցողունային բջիջները կարելի է պայմանականորեն բաժանել երկու կատեգորիայի. դրանք են՝ «մեծահասակների» ցողունային բջիջներ, երբ բջիջները վերցվում են հասուն մարդու օրգանիզմից; և «սաղմնային»՝ երբ դրանք վերցվում են էմբրիոնից՝ սաղմից։ Վերջինիս դեպքում վերցվող բջիջները պլյուրիպոտենտ են, այսինքն՝ սաղմի ցողունային բջիջներից կարելի է ստանալ պրակտիկորեն ցանկացած տեսակի բջիջ, սակայն սաղմի բջիջներն օգտագործելու վերաբերյալ էթիկական տեսանկյունից հանրության մեջ բավականին զգալի տարաձայնություններ կան։ Մինչդեռ ալտերնատիվ դեպքը՝ երբ բջիջները վերցվում են հասուն մարդու օրգանիզմից, առանց նրան որևէ էական վնաս հասցնելու, չի առնչվում նմանատիպ էթիկական խնդիրների հետ. այս մոտեցման դեպքում հասուն օրգանիզմի ցողունային բջիջներից հնարավոր է ստանալ ընդամենը մի քանի տեսակի բջիջներ, քանի որ հասուն մարդու այդ ցողունային բջիջները պլյուրիպոտենտ չեն, այսինքն՝ դրանք ավելի տարբերակված են, քան սաղմնայինները։ Սակայն գիտնականներին հաջողվել է հայտնագործել որոշակի մեթոդներ, որոնցով հնարավոր է դարձել հասուն մարդուց վերցված ցողունային բջիջները վերածրագրավորել՝ վերածելով դրանք այսպես կոչված ինդուկցված պլյուրիպոտենտ բջիջների։ Այս ուղղությունը բավականին խոստումնալից հեռանկարներ է բացում գիտության առաջ, և տեսականորեն հնարավոր դարձնում ոչ միայն ախտահարված և վնասված օրգանների վերականգնումը, այլև լաբորատոր պայմաններում նոր օրգանների ստացումը։ Այսպիսով՝ ցողունային բջիջները բաժանվում են երեք տեսակի՝

Տոտիպոտենտ բջիջներն այն ցողունային բջիջներն են, որոնք կարող են տարբերակվելով վերածվել ոչ միայն մարմնի ցանկացած տեսակի բջջի, այլև սկիզբ տալ նաև արտասաղմնային հյուսվածքներին։ Այսպիսին են միայն սաղմի ամենավաղ փուլերի բջիջները։

Պլյուրիպոտենտ բջիջներն այն ցողունային բջիջներն են, որոնք կարող են տարբերակվել մարմնի ցանկացած տեսակի բջջի, բայց չեն կարող առաջացնել արտասաղմնային հյուսվածք։ Ինչպես վերը նշվեց, պլյուրիպոտենտությամբ օժտված են սաղմնային ցողունային բջիջները (հապավումը՝ ESC)։ Ինդուկցած պլյուրիպոտենտ բջիջները (iPSC) պլյուրիպոտենտ բջիջների ենթադաս են, որոնք ստացվում են (ինչպես վերը նշվեց) հասուն օրգանիզմի տարբերակված բջիջներից, և իրենց հատկություններով նման են ESC-ներին։ Դա կատարվում է հասուն օրգանիզմի բջիջների տրանսկրիպցիոն գործոնների էքսպրեսիան փոփոխելով, ինչի հետևանքով այդ բջիջները դառնում են սաղմնային ցողունային բջիջների նման։ Այս ոլորտը բավականին արագ է զարգանում, և օրեցօր ի հայտ են գալիս նորանոր մեթոդներ, սակայն 2020թ. դրությամբ՝ այս նպատակով կիրառվող ամենահայտնի եղանակներից մեկն է՝ մոդիֆիկացված ռետրովիրուսների կիրառումը, որոնց միջոցով հասուն օրգանիզմից վերցված ցողունային բջիջների գենոմ են ներդրվում որոշակի սպեցիֆիկ գեներ, ինչի հետևանքով այս բջիջները փոխակերպվում են՝ ինդուկցվելով, վերածվեով ESC-ներին նման բջիջների։

Մուլտիպոտենտ ցողունային բջիջներն, իրենց հերթին, կարող են տարբերակվել միայն միևնույն դասին պատկանող բջիջների՝ կախված մուլտիպոտենտ բջջի տեսակից։ Մուլտիպոտենտ ցողունային բջիջների օրինակ են մեզենքիմալ ցողունային բջիջները (MSC)։

Ծանոթագրություններ խմբագրել

  1. ↑ Whitney GA, Jayaraman K, Dennis JE, Mansour JM (2017 թ․ փետրվար). «Scaffold-free cartilage subjected to frictional shear stress demonstrates damage by cracking and surface peeling». Journal of Tissue Engineering and Regenerative Medicine. 11 (2): 412–424. doi:10.1002/term.1925. PMC 4641823. PMID 24965503.
  2. ↑ «Langer Lab – MIT Department of Chemical Engineering».
  3. ↑ «The Laboratory for Tissue Engineering and Organ Fabrication - Massachusetts General Hospital, Boston, MA». Արխիվացված է օրիգինալից 2016 թ․ դեկտեմբերի 1-ին. Վերցված է 2022 թ․ հունվարի 30-ին.
  4. ↑ 4,0 4,1 Langer R, Vacanti JP (1993 թ․ մայիս). «Tissue engineering». Science. 260 (5110): 920–6. Bibcode:1993Sci...260..920L. doi:10.1126/science.8493529. PMID 8493529.
  5. ↑ 5,0 5,1 MacArthur BD, Oreffo RO (2005 թ․ հունվար). «Bridging the gap». Nature. 433 (7021): 19. Bibcode:2005Natur.433...19M. doi:10.1038/433019a. PMID 15635390. S2CID 2683429.
  6. ↑ «NSF: Abt Report on "The Emergence of Tissue Engineering as a Research Field"». www.nsf.gov.
  7. ↑ 7,0 7,1 Viola J, Lal B, Grad O (2003 թ․ հոկտեմբերի 14). «The Emergence of Tissue Engineering as a Research Field» (PDF). ABT Associates Inc.
  8. ↑ «Three-dimensional printing of biological matters». Journal of Science: Advanced Materials and Devices (անգլերեն). 1 (1): 1–17. 2016 թ․ մարտի 1. doi:10.1016/j.jsamd.2016.04.001. ISSN 2468-2179.
  9. ↑ Zhou, Guangdong; Jiang, Haiyue; Yin, Zongqi; Liu, Yu; Zhang, Qingguo; Zhang, Chen; Pan, Bo; Zhou, Jiayu; Zhou, Xu (2018-02). «In Vitro Regeneration of Patient-specific Ear-shaped Cartilage and Its First Clinical Application for Auricular Reconstruction». EBioMedicine. 28: 287–302. doi:10.1016/j.ebiom.2018.01.011. ISSN 2352-3964. PMC 5835555. PMID 29396297.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ PMC format (link)
  10. ↑ «Anthony Atala, MD». Wake Forest Baptist Health.
  11. ↑ «Doctors grow organs from patients' own cells». CNN. 2006 թ․ ապրիլի 3.
  12. ↑ Simonite T (2006 թ․ հուլիսի 5). «Lab-grown cartilage fixes damaged knees». New Scientist.
  13. ↑ Whitney GA, Mera H, Weidenbecher M, Awadallah A, Mansour JM, Dennis JE (2012 թ․ օգոստոս). «Methods for producing scaffold-free engineered cartilage sheets from auricular and articular chondrocyte cell sources and attachment to porous tantalum». BioResearch Open Access. 1 (4): 157–65. doi:10.1089/biores.2012.0231. PMC 3559237. PMID 23514898.
  14. ↑ Ott HC, Matthiesen TS, Goh SK, Black LD, Kren SM, Netoff TI, Taylor DA (2008 թ․ փետրվար). «Perfusion-decellularized matrix: using nature's platform to engineer a bioartificial heart». Nature Medicine. 14 (2): 213–21. doi:10.1038/nm1684. PMID 18193059. S2CID 12765933.
  15. ↑ Altman LK (2008 թ․ հունվարի 13). «Researchers Create New Rat Heart in Lab». The New York Times.
  16. ↑ Macchiarini P, Jungebluth P, Go T, Asnaghi MA, Rees LE, Cogan TA, և այլք: (2008 թ․ դեկտեմբեր). «Clinical transplantation of a tissue-engineered airway». Lancet. 372 (9655): 2023–30. doi:10.1016/S0140-6736(08)61598-6. PMID 19022496. S2CID 13153058.
  17. ↑ Zilla P, Greisler H (1999). Tissue Engineering Of Vascular Prosthetic Grafts. R.G. Landes Company. ISBN 978-1-57059-549-3.
  18. ↑ «Tissue Engineering». www.microfab.com.
  19. ↑ «Bone in a bottle: Attempts to create artificial bone marrow have failed until now». The Economist. 2009 թ․ հունվարի 7.
  20. ↑ 20,0 20,1 Amini AR, Laurencin CT, Nukavarapu SP (2012). «Bone tissue engineering: recent advances and challenges». Critical Reviews in Biomedical Engineering. 40 (5): 363–408. doi:10.1615/critrevbiomedeng.v40.i5.10. PMC 3766369. PMID 23339648.
  21. ↑ Choi CQ (2009 թ․ նոյեմբերի 9). «Artificial Penis Tissue Proves Promising in Lab Tests». Live Science.
  22. ↑ Vig, Komal; Chaudhari, Atul; Tripathi, Shweta; Dixit, Saurabh; Sahu, Rajnish; Pillai, Shreekumar; Dennis, Vida A.; Singh, Shree R. (2017). «Advances in Skin Regeneration Using Tissue Engineering». International Journal of Molecular Sciences. 18 (4): 789. doi:10.3390/ijms18040789. PMC 5412373. PMID 28387714.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ չպիտակված ազատ DOI (link)
  23. ↑ Heath, Carole A. (2000 թ․ հունվարի 1). «Cells for tissue engineering». Trends in Biotechnology. 18 (1): 17–19. doi:10.1016/S0167-7799(99)01396-7. PMID 10631775.
  24. ↑ Welser, Jennifer, և այլք: (2015 թ․ նոյեմբեր). «Primary Cells Versus Cell Lines». ScienCell.
  25. ↑ Buttery LD, Bishop AE (2005). «Introduction to tissue engineering. In Biomaterials, Artificial Organs and Tissue Engineering». Elsevier. 279 (5349): 193–200. doi:10.1533/9781845690861.4.193.
  26. ↑ Dweet D, Dye F, Garg H (2006 թ․ սեպտեմբեր). «What is the difference between promary and secondary cell culture?». ResearchGate.
  27. ↑ Parekkadan B, Milwid JM (2010 թ․ օգոստոս). «Mesenchymal stem cells as therapeutics». Annual Review of Biomedical Engineering. 12: 87–117. doi:10.1146/annurev-bioeng-070909-105309. PMC 3759519. PMID 20415588.
  28. ↑ Domínguez-Bendala J, Lanzoni G, Inverardi L, Ricordi C (2012 թ․ հունվար). «Concise review: mesenchymal stem cells for diabetes». Stem Cells Translational Medicine. 1 (1): 59–63. doi:10.5966/sctm.2011-0017. PMC 3727686. PMID 23197641.
  29. ↑ Bara JJ, Richards RG, Alini M, Stoddart MJ (2014 թ․ հուլիս). «Concise review: Bone marrow-derived mesenchymal stem cells change phenotype following in vitro culture: implications for basic research and the clinic». Stem Cells. 32 (7): 1713–23. doi:10.1002/stem.1649. PMID 24449458.
  30. ↑ Minteer D, Marra KG, Rubin JP (2013). «Adipose-derived mesenchymal stem cells: biology and potential applications». Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology. 129: 59–71. doi:10.1007/10_2012_146. ISBN 978-3-642-35670-4. PMID 22825719.
  31. ↑ Farahany NA, Greely HT, Hyman S, Koch C, Grady C, Pașca SP, և այլք: (2018 թ․ ապրիլ). «The ethics of experimenting with human brain tissue». Nature. 556 (7702): 429–432. Bibcode:2018Natur.556..429F. doi:10.1038/d41586-018-04813-x. PMC 6010307. PMID 29691509.
  32. ↑ Bourret R, Martinez E, Vialla F, Giquel C, Thonnat-Marin A, De Vos J (2016 թ․ հունիս). «Human-animal chimeras: ethical issues about farming chimeric animals bearing human organs». Stem Cell Research & Therapy. 7 (1): 87. doi:10.1186/s13287-016-0345-9. PMC 4928294. PMID 27356872.{{cite journal}}: CS1 սպաս․ չպիտակված ազատ DOI (link)
  33. ↑ Murphy, Kenneth (2016 թ․ մարտի 22). Janeway's Immunobiology. Norton, W.W. & Company, Inc. ISBN 9780815345053.
  34. ↑ Grobarczyk B, Franco B, Hanon K, Malgrange B (2015 թ․ հոկտեմբեր). «Generation of Isogenic Human iPS Cell Line Precisely Corrected by Genome Editing Using the CRISPR/Cas9 System». Stem Cell Reviews and Reports. 11 (5): 774–87. doi:10.1007/s12015-015-9600-1. PMID 26059412.
 Վիքիպահեստն ունի նյութեր, որոնք վերաբերում են «Հյուսվածքային ինժեներիա» հոդվածին։
Ստացված է «https://hy.wikipedia.org/w/index.php?title=Հյուսվածքային_ինժեներիա&oldid=9549938» էջից