Kaip spausdinti skydliaukę

Kaip spausdinti skydliaukę

Elizaveta Kudan, Kandidatas chemijos mokslai,
Irina Smooth,
Elena Bulanova, Kandidatas biologijos mokslų,
Yousef Hesuani
Vladimiras Миронов, Kandidatas medicinos mokslų,
Biotechnologinių tyrimų laboratorija "3D Bioprinting Solutions" (Maskva)
"Gamta" №2, 2015

Biotechnologinių tyrimų laboratorijos darbuotojai "3D Bioprinting Solutions". Iš kairės į dešinę: I. S. S. Гладкая (vyresnysis mokslinis bendradarbis), E. A. Буланова (laboratorijos vadovas), S. V. Novoselovas (laboratorijos direktorius), V. A. Миронов (mokslinis direktorius), A. J. Островский (generalinis direktorius) ), J. A. Smirnova (rinkodaros direktorius), J. J. Hesuani (vykdantysis direktorius), D. V. Fadinas (plėtros direktorius), E. V. Kudanas (vyresnysis mokslinis bendradarbis), A. N. Mitryashkin (bioinžinerija), A. D. Gladneva (laboratorija)

Trimatis bioprintas (3d bioprinting) – viena iš intriguojančių ir sparčiai besivystančių biomedicininių technologijų dabartiniame amžiuje, kuri artimiausioje ateityje žada išspręsti didelį donorų organų trūkumą. Bioprintingui reikalingas: trimatis kompiuterio organo modelis, sukurtas naudojant specialias CAD programas (iš anglų kalbos. kompiuterizuotas dizainas – kompiuterizuotas dizainas), "bio popierius" – hidrogelis,turintis gyvas ląsteles iš anksto nustatytoje padėtyje, "bio-ink" – audinių sferoidai, kurie gali tarpusavyje sujungti, jų kasetė ir bioprinterio-dozatorius, t.y., automatinis dozatorius*.

"Bioprinter" plėtra šiuo metu aktyviai dalyvauja 16 bendrovių 12 pasaulio šalių (JAV, Šveicarijos, Australijos, Kanados, Didžiosios Britanijos, Singapūro, Kinijos, Vokietijos, Olandijos, Prancūzijos, Japonijos ir Rusijos). Vienas iš jų – mūsų laboratorija "3D Bioprinting Solutions", kurioje praėjusių metų liepos mėnesį buvo surinkta pirmasis biologinis spausdintuvas, o šių metų kovo mėnesį planuojama spausdinti pirmąją organų struktūrą, sukurtą dirbtinę skydliaukės liauką. Kodėl mes pasirinkome šį organą, o ne kokį kitą, labiau pateisintą klinikiniu požiūriu – pavyzdžiui, širdį, inkstus ar plaučius? Prieš atsakydamas į šį klausimą, paaiškinsime, kokia yra spausdinta organų struktūra ir kaip ji skiriasi nuo audinių struktūros, ir pirmiausia primename "organo" sąvoką.

Daugiafunkcinis trimatis bioprinteris "Fabion". Jos trys antgaliai skirti "bio-ink" (audinių sferoidai arba suspensijos skirtingoms ląstelėms), o kiti du skirti "bio popieriui" (biologiškai skaidomoms hidrogelėms,kuris ne tik nustato sferoidus pageidaujamoje padėtyje, bet ir tarnauja kaip ląstelių maistingųjų medžiagų terpė)

Pagal apibrėžimą organas (iš graikų kalbos "Οργανον – instrumentas") yra atskiras skirtingų tipų ląstelių ir audinių rinkinys, sujungtas į vieną struktūrą, skirtą atlikti bendrą funkciją. Paprastai organai susideda iš darbinės dalies (parenchimo), kurią sudaro funkcinės ląstelės ir palaikanti apvalkale (stroma), įskaitant jungiamojo audinio kapsulę ir pertvarą, per kurią praeina nervai ir kraujagyslės. Dauguma organų susideda iš pasikartojančių struktūrinių ir funkcinių elementų (pavyzdžiui, inkstai yra iš nefronų, skydliaukė yra iš folikulų). Akivaizdu, kad kiekviena iš jų, nors ir atlieka pagrindines funkcijas (nefronų filtrai kraujo plazmoje, folikulus sintezuoja hormonus), savaime negali būti laikoma visa organa. Tam, pirma, turi būti daug tokių elementų, antra, jie turi būti sujungti į atskirą anatominę struktūrą su tam tikra histologine organizacija ir viena kraujagyslių lova. Mes sutelkiame dėmesį į šiuos akivaizdžiai akivaizdžius kriterijus organo apibrėžime, nes dažnai klausiame: ar galime atsižvelgti į odos audinius, kremzlę, sukurtą bio-spausdintuvuose,indai ir kepenys pirmieji spausdinti organai? Žinoma, ne griežta šio žodžio prasme, nes tokių struktūrų, kurios dar vadinamos audinių organolezėmis, funkcionalumas nėra pateikiamas viso organizmo lygmenyje. Tačiau jų vertė yra besąlygiška, visų pirma jos gali būti naudojamos ikiklinikinių naujų vaistų tyrime, jų saugumo tyrime [1]. Pavyzdžiui, Organovo (San Diegas, JAV) – pirmaujanti kompanija 3D biologinio spausdinimo srityje – atspausdinta ant bioprinterio erdvinių kepenų audinio mėginių, kurie reaguoja į toksinus taip pat, kaip ir tikro organo ląstelės. Šie mėginiai pasirodė esąs efektyvesni nei dvimačiai analogai ir neseniai buvo išbandyti nepriklausomose laboratorijose. Dabar kompanija Organovo Laukiama patvirtinimo iš Maisto ir vaistų administracijos (Maisto ir vaistų vartojimas, JAV), po kurio ji pradės komercinį audinių bioprintą vaistų gamintojams. Tai labai svarbus biotechnologijų laimėjimas, nes trijų matmenų audinių pavyzdžių naudojimas leis greičiau pristatyti naujus vaistus į rinką, aplenkiant jų ikiklinikinius bandymus su gyvūnais ir didinant testavimo efektyvumą.

Kodėl skydliaukė?

Organizacijos negali būti atspausdintos, nes jos yra labai sudėtingos, sako mūsų priešininkai, skeptiškai vertinę trimačių organų biologinio spausdinimo technologiją. Norint įrodyti savo pagrindines galimybes, pakanka pasirinkti gana paprastą kūną – kuo paprastesnis jis bus, tuo didesnės mūsų galimybės jį spausdinti artimiausioje ateityje. Skydliaukė neturi sudėtingos kanalų sistemos, kad pašalintų savo veiklos produktus. Hormonai tiesiogiai patenka į tankius tinklelius, išplautus (t. Y. Su poromis didelių molekulių skverbimuisi) kraujo kapiliarų, kurie įterpia kiekvieną folikulą.

Scheminis žmogaus skydliaukės anatominės vietos (kairėje) ir jo struktūrinės organizacijos mikrofilijos – kraujotakos tinklas (viršuje), vizualizuojamas skenuojančia elektronine mikroskopija kraujagyslių koroziją sukeliančių preparatų ir histologinės sekcijos (hematoksilino ir eozino dėmių), ant kurių matomi folikulai, kurių sudėtyje yra koloido ir padengtos monolitinėmis epitelio ląstelėmis (tirocitais)

Dabar žinoma, kad skydliaukės epitelinės folikulinės ląstelės (tirocitai) sintetinasi tiroksinu ir trijodtironinu,kurie reguliuoja ląstelių metabolizmą, augimą ir energijos procesus, ir parafolikulines (C-ląsteles) – peptido hormono kalcitoninodiną, kuris kontroliuoja kalcio metabolizmą ir kaulų aparato vystymąsi.

Hormonų stoka (hipotireozė) gali sukelti kretinizmą (vaikams) ar miksedemą (suaugusiesiems), o perviršis (hipertireozė, tirotoksikozė) gali sukelti skydliaukės audinio augimą ir svogūnų susidarymą. Hipotyroidizmo požymiai yra gana efektyviai gydomi hormonų pakaitine terapija, tačiau su goiteriu ne visada įmanoma susidoroti su konservatyviais metodais, todėl būtina pasinaudoti chirurgija.

Turiu pasakyti, kad gydytojai pradėjo skydliaukės liaukos pašalinimą su patologiniu padidėjimu ilgą laiką prieš nustatant jo endokrinines funkcijas. Daug kreditų skiriama šveicarų chirurgams, o ypač T. Kocherui, kuris 1909 m. Buvo apdovanotas Nobelio premija "už savo darbą fiziologijos, patologijos ir skydliaukės operacijos". Kocheras pirmą kartą implantuoja savo audinį į paciento pilvą po šunų pašalinimo (tiroidetomija), kuris neleido jiems vystytis miksedemoje. Pasak medicinos istoriko T. Schlicho (T.Schlich), jis sukūrė naujos operacijos – klinikinės transplantologijos [2] – plėtrą.

1930 m. Dar vienas Nobelio premijos laureatas, laimėjęs apdovanojimą už švirkštimo indų ir kraujagyslių bei organų transplantacijos metodų kūrimą, A. Carrelis (A. Carrelis) kartu su inžinieriumi C. Lindberg (Ch. Lindbergh) sukūrė perfuzijos aparatą (faktiškai pirmasis bioreaktorius). Su juo sugebėjo išlaikyti gyvybingumą (aprūpinti krauju ir deguonimi) iš skydliaukės už kūno visą mėnesį [3]. Vėliau amerikiečių citologas ir onkologas J. Folkmanas įvedė melanomos ląsteles į izoliuotą perfuzinę skydliaukę, tyrinėjant ryšį tarp auglių augimo ir jų kraujo tiekimo, dėl kurio atsirado naviko angiogenezės reiškinys ir kuriamos naujos kartos priešvėžiniai vaistai [4].

Skydliaukėje gali išsivystyti įvairios kilmės ir biologinių savybių neoplazmos, įskaitant piktybines. Norint išvengti atsinaujinimo, gydytojai dažniausiai naudojasi visa tiraiodektomija, o vėliau atsirandantis hormonų trūkumas paprastai kompensuojamas pakaitine terapija.Tačiau sintetiniai hormonai, kurie taip pat naudojami įvairios etiologijos hipotiroidizmui, gali sukelti šalutinį poveikį (alergines reakcijas, širdies aritmijas, nervinius sutrikimus). Transplantacija galėtų išspręsti šią problemą, tačiau donoro skydliaukės transplantacija (allotransplantacija) šiuo metu retai atliekama dėl pašalinto audinio atmetimo.

Skydliaukės angiopo folikulo vieneto schema

JK yra speciali visuomenė, teikianti finansinę paramą skydliaukės transplantacijos tyrimams. Buvęs žurnalo redaktorius Skydliaukė (Amerikos skydliaukės asociacijos oficialus leidinys (Amerikos skydliaukės asociacija) T. F. Davies (T. F. Davies) mano, kad skydliaukės transplantacijos klausimas yra laikas, o ne galimybė vykdyti [5].

Trijų matmenų biologinis autologinis (t. Y. Iš paciento ląstelių) organai išspręs ne tik skydliaukės problemas. Ir šios viltys nėra nepagrįstos, nesvarbu, kokia nuostabi jie žiūri į nesubalansuotą. Kaip ir bet kuri nauja technologija, trimatis bioprintingumo metodas nesukūrė nulio, jis absorbavo informacijos ir technikos mokslų pasiekimus, biomedžiagų mokslą, genetiką, vystymosi biologiją ir ląstelių biologiją.Ir pagaliau atėjo laikas, kai mes esame pasirengę parodyti esminę technologijos įgyvendinamumą. Tuo tikslu siekiame ne tik pasirinkti pačią paprastą organų organų biologinio spausdinimo organų struktūrą, bet ir kuo labiau supaprastinti jos anatomiją. Ką galima nepaisyti?

Supaprastintos skydliaukės struktūros schema su viena atvykstančia arterija ir viena išeina iš venų

Akivaizdu, kad, kaip ir tikroji skydliaukė, jos spausdintą konstrukciją turėtų sudaryti didelės kraujagyslės (arterijos ir venos) ir angiofolikuliniai vienetai, esantys tarp jų (folikulai, kurių sudėtyje yra koloidų, išklotos monolitinės epitelio ląstelės ar tirocitais, ir austi per kraujo kapiliarų tinklas su fenestruotu endoteliu). Akivaizdu, kad organų struktūra neveiks be vaskulizacijos, t. Y. Be vidinės kraujagyslinės lovos išardymo, susijusi su atnešančiomis arterijomis ir pratekėjusiomis venomis. Mūsų tikslams, matyt, bus pakankamai vienos arterijos ir vienos venos. Žinoma, jie turi turėti tam tikrų biomechaninių savybių, kurios yra būtinos norint sukurti saugias jungtis (anastomozes) su kraujo apytakos sistema.Tačiau šis reikalavimas yra svarbus, jei spausdintas implantas vėliau persodinamas į įprastą (ortotopinę) vietą skydliaukės liaukoje, tačiau šią sąlygą galima ignoruoti heterotopinio implantavimo metu. Yra žinoma, kad skydliaukės transplantacijos, dedamos po oda, į raumenis arba gerai gerai kraujagysliuotos inksto kapsulės, gali išgyventi ir gaminti hormonus.

Praktiniam užduoties įgyvendinimui taip pat gali būti ignoruojami likę struktūriniai elementai (nervų ir limfinės sistemos, jungiamojo audinio kapsulės su pertvaros, taip pat C-ląstelės), kurios yra įprastoje skydliaukėje. (Atkreipkite dėmesį, kad transplantacijos metu, pavyzdžiui, inkstai, nugaros pluoštai yra supjaustyti, o tai netrukdo normaliam implanto darbui organizme.)

Žinoma, visi šie supaprastinimai jokiu būdu netrukdo tobulinti kraujagyslių tinklą organų statybai ateityje.

Angiofolikulinių vienetų bioprodukcija

Pirmasis esminis klausimas, kylantis kuriant skaitmeninį skydliaukės modelį, yra kiek angi-folikulų vienetų reikia organo konstrukcijai spausdinti? Šis klausimas yra tiesiogiai susijęs su organizmo dydžiu, į kurį implantuojama spausdinta struktūra.Dažniausiai žinomi įvairių gyvūnų skydliaukės folikulų skersmuo ir skaičius. Be to, galima apskaičiuoti, kiek audinių implantuose esančių folikulų yra pakankamai, kad kompensuotų skydliaukės funkciją. Jei naudojami funkciniu požiūriu nesubrendę arba nepakankamai diferencijuoti skydliaukės folikulai [6], jų skaičius turėtų būti atitinkamai padidintas kelis kartus. Pavyzdžiui, jei naudojate pelių skydliaukės spuogetus, išskirtus 15-osios nėštumo dienos, pagal mūsų skaičiavimus, reikia mažiausiai apie 15 tūkstančių folikulų.

Kitas svarbus klausimas, į kurį reikia atkreipti dėmesį, pradedant biokuro gamybą in vitro skydliaukės folikulai, yra daugelio tirocitų šaltinio pasirinkimas.

Šiuo metu įvairiose gyvūnų rūšyse kaupiama daugybė medžiagų skydliaukės embriogenezės [7]. Žmonėms jo gemalus galima nustatyti ankstyvose vaisiaus vystymosi stadijose. Tačiau žmogaus embrionų eksplantų naudojimas skydliaukės biologiniam spausdinimui iki neseniai buvo laikomas nerealu požiūriu.Ir ne tik dėl draudimų ar etikos problemų, bet ir dėl sunkumų surinkti pakankamą embrioninės medžiagos kiekį, skirtą suaugusių dydžių skydliaukės biochemijai gaminti. Bet net jei tokią medžiagą galima surinkti, ji bus iš skirtingų vaisių ir iš esmės alogeninė, todėl neabejotinai tai sukelia implantuojamos struktūros imuninį atmetimą arba reikalauja brangaus ir ilgalaikio imunosupresinio gydymo.

Naujos galimybės didelio masto tirocitų gamybai atvėrė tikslinę embrioninių kamieninių ląstelių (ESK) diferencijavimo metodą. Norint gauti iš jų skydliaukės funkcinius folikulus, pakanka laikinai padidinti ekspresiją tik dviejų genų – NKX2-1 ir PAX8 [8]. Tačiau šis požiūris yra reikšmingas apribojimas – iš ESC formuojasi tik folikulinės ląstelės, o endotelio ląstelės taip pat reikalingos visaverčių angiofolikulinių vienetų formavimui.

Kitas logiškas žingsnis po skydliaukės funkcinių folikulų sukūrimo iš ESC nukreiptų diferenciacija yra indukuotų pluripotentinių kamieninių ląstelių** (IPS ląstelės). IPS ląstelės nesukelia imuninio atsako, nes jos yra sukurtos iš paties paciento ląstelių.Iš diferencijuotų IPA ląstelių gali būti formuojami savarankiškai organizuojami mikroorganizmai (audinių organelės), kurie bus tinkami bioprintingų technologijų [9] elementai.

Galiausiai folikulai turi būti ne tik funkcionalūs (ty, jie gali sintetinti tiroksiną), bet ir optimaliai vaskuliarizuoti (tai yra, juos įtempia tankus tinklelis, į kurį patenka kraujo kapiliarai, išleidžiantys skydliaukės hormonus tiesiai į cirkuliuojančią kraują). Svarbu pažymėti, kad folikulų funkcionalumas gali skirtis priklausomai nuo jų biotechnologijos metodo. Folikulai, kurių šaltinis yra ESK ar iPS ląstelės, po kraujagyslių tinklo perneša kraujagyslių tinklą tik recipiento endotelio ląstelių sąskaita. Nors dėl to implantas tampa vaskulizuota ir pakankamai funkcionali, trimatis audinių struktūra, išspausdinta iš tokių folikulų, negali būti laikoma visaverte integruotu organų struktūra. Šiuo požiūriu skydliaukės embrioniniai ekstensyvai turi pranašumą, nes folikulai, kurie gali būti naudojami kaip statybiniai blokeliai, jau yra kraujagysliuojami nuo embriogenezės 15 dienos.Tiesa, jų funkcionalumo lygis priklauso nuo embrioninio vystymosi stadijos arba tokio folikulo geno stimuliatoriaus, kaip VEGF (Vascular Endothelial Growth Factor – kraujagyslių endotelio augimo faktorius) [6].

Skydliaukės organų struktūros vaskulizacija

Audinių inžinerinių organų bioprintingų technologijų vaskuliarizacijos problema iš esmės paveldėta iš audinių inžinerijos. Tuo tarpu pastaraisiais metais šioje srityje buvo aiškus laimėjimas. Visų pirma tai yra vadinamojo aukojimo (Aukojimoa) hidrogelis. Jau keli autoriai yra įtikinamai įrodę, kad aukojamojo hidrogelio naudojimas leidžia spausdinti tvirtus konstrukcinius tunelius, kurie vėliau gali būti naudojami endotelizacijai, t. Y. Transformacijai į kraujagyslių panašius kanalus, iš vidaus išdėstytus endoteliu [10, 11]. Padėjus skydliaukės liaukos kampiniam-folikuliniam vienetui tarp dviejų tokių endotelio kanalų ir angiogeninius procesus sujungti dvi endotelio sistemas, visiškai įmanoma surinkti skydliaukės ląstelių perfuziją.

Spausdintų trijų matmenų struktūrų vaskulizacijos metodai, naudojant aukojimo hidrogelį ir savistabakraujagyslinis endotelis. Pirmasis metodas (viršutinė eilutė): auksinis hidrogelis (paryškintas geltona paveikslėlyjea) ištirpsta arba pašalinama laikui bėgant ir į susidariusį tunelį (b) įdėta endotelio ląstelių suspensija (ant raudonų taškųį), iš kurio vėliau susidaro nepertraukiamas vienos sluoksnio endotelio dirbtinis indas (g) Antruoju metodu (apatinė eilutėendotelio ląstelės (d), esantis kolageno hidrogelyje (geltona) surenkami klasteriuose (rodomi kaip trijų raudonų taškų grupėmise), kuris pirmiausia sujungiamas su mikrokapilarais (sferoidai yragerai), o paskui į vieną indą, izklijuotą viengubo endotelio (s)

Kaip aukojamąjį hidrogelį galima naudoti cukrų mišinį (angliavandenis – angliavandenio stiklo) [10] arba agarozės [11], kurios tiesiog tirpsta arba pašalinamos mechaniškai arba naudojant fermentus. Toks labai patrauklus požiūris yra efektyvus ir lengvai atkuriamas norint sukurti paprastas linijines struktūras, tačiau akivaizdu, kad sudėtingų trimačių struktūrų biochemijos metu gali atsirasti neužbaigtas endotelizavimas. Ir tai kyla dėl trombozės ir embolijos pasireiškimo po implantacijos.

Kitas požiūris yra pagrįstas endotelio ląstelių sugebėjimu savarankiškai surinkti į kapiliarinius tinklus ir net į didesnio skersmens indus. Endotelio ląstelės, esančios trimačiame kolageno ar fibrino hidrogelyje, stimuliuoja augimo faktoriai, gali formuoti kapiliarinius tinklus su šviesumu [12]. Iš eilės kapiliarų sujungimas uždaroje alantoninių ekspanatų erdvėje (gemalinė membrana) veda prie apšviesto (nuo anglų kalbos) formavimosi. Lumina – liumenai) audinių sferoidai, galintys toliau susilieti į linijinius ir šakojančius kraujagyslių vamzdelius. Tokiu būdu buvo įtvirtinta kraujagyslių ląstelių intravaskulinės struktūros susidarymo galimybė [13], o skydliaukės bioprintingumo metu galima efektyviai panaudoti apšviestų kraujagyslių audinių sferoidų sintezės reiškinį. Tokiu būdu gautos vamzdinės konstrukcijos ne tik išlaiko savo geometrinę formą, bet ir laikui bėgant įgis tam tikro skersmens indus būdingas biomechanines savybes. Taigi, tik dviejų tipų audinių kraujagyslių sferoidų (su ir be liumenų) naudojimas,taip pat endotelio ląstelių suspensijos hidrogelyje, gali užtikrinti organų organų biologinį spausdinimą, kuris gali būti chirurginiu būdu susijęs per kraujagyslių anastomozes esamais recipiento indais per ortotopinę implantaciją.

Skydliaukės organų spausdinimo schema (a) Jame yra audinių sferoidai (b), užpildytas vaskulizuotais folikulais, kapiliariniais tiltais (į), susidariusi angiogenezėje, taip pat luminizuotų kraujagyslių audinių sferoidų (g) Endotelio ląstelės dažomos žalia spalvos lygus raumenys – raudona

Organų konstrukcijos funkcijos įvertinimas

Pagrindinė skydliaukės veiklos funkcija (tiroksino sintezė) yra pagrindinė sąlyga – yra pakankamai tinkamai suformuotų angiofolikulinių vienetų. Lygiai taip pat svarbu turėti turtingą fasestrinių kraujo kapiliarų tinklą, kuris susipyno kiekvieną folikulą ir užtikrina hormono tiroksino skverbimąsi į cirkuliuojančią kraują.

Išplitusių angiofolikulinių vienetų buvimas organų struktūroje gali būti tikrinamas naudojant histologinius, histocheminius ir imunohistocheminius tyrimus naudojant tinkamus antikūnus,ir elektronų mikroskopija. Tačiau tik eksperimentai in vivo gali patvirtinti jo funkcionalumą organizmo lygmeniu. Tiesiogiai tai rodo normalus tiroksino lygis kraujyje, implantuojant skydliaukės audinio inžinerinį projektą (arba folikulų suspensijos įvedimą) gyvūnams su eksperimentine hipotrofija.

Šiuo metu eksperimentinei hipotrofijai laboratoriniais gyvūnais yra du pagrindiniai metodai. Pirmasis požiūris, klasikinis, grindžiamas chirurginiu skydliaukės pašalinimu. Tokį požiūrį japonų tyrinėtojai vadovavo T. Okano (T. Okano), siekdami ištirti skydliaukės folikulų funkcionalumą, sukurtą ląstelių sluoksnių metodu (lakštų lapas technologija) [14]. Skydliaukės injekcijos implantuoto audinio inžinerijos projektas sukėlė pakankamai tiroksino, kad išlaikytų normalią fiziologinę kraujyje lygį, o po skydliaukės pašalinimo sumažėjo. Belgijos mokslininkai, vadovaujami S. Kostagliola (S. Costagliola) neseniai sukūrė kitą požiūrį, pagrįstą radioaktyviojo jodo intraperitoninėmis injekcijomis [8].Skydliaukės folikulų implantavimas, sukurtas naudojant pelių embrioninių kamieninių ląstelių nukreiptą diferencijavimo metodą, atkūrė įprastą fiziologinį tiroksino kiekį kraujyje, kuris buvo žymiai sumažintas dėl radioaktyviųjų 131I. [8].

Eksperimento schema, skirta įvertinti skydliaukės organų struktūros funkcionalumą. Normalaus hormono tiroksino (T4) koncentracijos kraujyje lygis (N) pirmiausia sumažėja, sukuriant eksperimentinę hipofukciją, švirkšdamas radioaktyviojo jodo-131 (131I), o tada atstatyta po skydliaukės organinių organų struktūros transplantacijos. Apie histologinį skyrių baltos strėlės rožinės skydliaukės folikulai yra persodinami į pelės inksto kapsulę su eksperimentine skydliaukės liaukos hipofunkcija [8]

Pagrindinis šių metodų pranašumas yra tai, kad jie yra pagrįsti objektyviais kiekybiniais kriterijais – tiroksino (T4) lygiu kraujyje. Be to, mažų laboratorinių gyvūnų naudojimas labai supaprastina ir sumažina skydliaukės funkcinių audinių struktūrų bioprodukcijos procesą.Skydliaukės liaukų organų struktūros dydis, pakankamai veikiantis kūno lygiu abiejuose metoduose, gali būti kelių milimetrų.

***

Žmogaus organų biologinio spausdinimo technologija sparčiai vystosi, o nuo konceptualaus etapo ir trimačio bioprinterio kūrimo greitai pereina prie praktinio šios technologijos įgyvendinimo [15]. Mūsų nuomone, spausdinta įstaiga turi atitikti bent tris pagrindinius kriterijus.

Pirma, toks organas turi būti atspausdintas roboto prietaisu – bioprinteriu, pagrįstu anksčiau sukurtu organų ar organų struktūros skaitmeniniu modeliu. Antra, atspausdinta organų struktūra turi būti autentiška, t. Y. Ji susideda iš kelių organų būdingų audinių tipų, struktūriškai integruota į vieną visumą ir vaskuliarizuota, t. Y. Ji turi būti intraorganinė kraujagyslių lova su praktine perfuzijos ir gyvybingumo galimybe atspausdinta organų struktūra. Trečia, toks dizainas turi būti funkcinis. Kitaip tariant, jo implantavimas eksperimentiniams gyvūnams turėtų visiškai kompensuoti anksčiau pašalinto ar kitaip sunaikinto recipiento organo funkciją.

Reikėtų pažymėti, kad konkreti pavidalo organų struktūros forma, dydis, geometrija ir vidinė organizacija yra neabejotinai svarbios, bet iš esmės antrinės. Audinių organizavimas tam tikram organui yra daug specifiškesnis arba autentiškas. Inkstai turi susidėti iš nefronų, o skydliaukės liauka, kurią aptaria šiame straipsnyje, turėtų sudaryti integruotas angi-folikulų vienetas intraorganinės kraujagyslių sistemoje. Tačiau pagrindiniai įrodymai yra tiesioginis ir objektyvus spausdintų organų struktūros funkcijų rodymas. Už skydliaukės liaukos implantavimą po jo organų struktūros rodiklis bus normalaus tiroksino kiekio kraujyje atkūrimas. Spausdinto organo dydis visiškai nesvarbus. Pavyzdžiui, pelės atveju skydliaukės liaukos dizainas gali būti labai mažas. Jei yra pakankamai veikiančių angio-folikulinių vienetų, gaminančių tiroksiną ir užtikrinančią organo organų įprastą fiziologinę funkciją, tai atspausdinta struktūra turėtų būti laikoma organų struktūra, o ne tik audinys, o ne mikroorganizmas ar audinių organoidas.

Taigi, tik patikrinta funkcija kūne spausdina trimatis audinių struktūras su organų tipo struktūras. Nėra jokių abejonių, kad artimiausiu metu spausdinti žmogaus organai taps mums objektyvi realybe, kurią mums duos pojūčiai.


* Daugiau informacijos apie šią technologiją rasite: V. M. Миронов. Guttenbergo pėdomis: trimatis organų biologinis spausdinimas // Gamta. 2013. № 10. P. 3-12. – Pastaba ed.

** Kamieninių ląstelių, turinčių indukuotą pliuripotenziją, yra suaugusio organizmo ląstelės, kurios grįžo į embrioninę būseną, naudojant genetinės perprogramavimo metodą. Išsamesnės informacijos ieškokite: Kiselev S. L., Shutova M. V. Cell Reprogramming: šokinėja žemyn laiptais // Gamta. 2010. Nr.5 P. 3-10. – Pastaba ed.

Literatūra:
1. Roth A., Singer T. 3D ląstelių modelių taikymas saugos saugos įvertinimui paremti: galimybės ir iššūkiai // Adv. Narkotikų deliv. Rev. 2014. V. 69-70. 179-189 p. doi: 10.1016 / j.addr.2013.12.005.
2. Schlich T. Organų transplantacijos kilmė: chirurgija ir laboratoriniai mokslai, 1880s-1930s. NY 2010
3. Carrel A., Lindbergh Ch. A. Organų kultūra. NY, 1938.
4. Folkmanas J. Tumorinis angiogenezė: terapinis poveikis // N. Engl. J. Med. 1971. V. 285. p. 1182-1186.
5. Daviesas T. F. Ar skydliaukės transplantacija toli nuo horizonto? / / Skydliaukė. 2013. V. 23. Nr. 2. P. 139-141.
6. Hick A. C. 1, Delmarcelle A. S. S., Bouquet M. et al. Abipusė epitelija: endotelio parakrino sąveika skydliaukės vystymosi metu ir c-ląstelių diferencijavimas. Dev. Biol. V. 381. № 1. P. 227-240. doi: 10.1016 / j.ydbio.2013.04.022.
7. Nilsson M., Fagman H. Skydliaukės vystymosi mechanizmai ir disgenezė: analizė, pagrįsta vystymosi stadijomis ir lygiagrečios embrioninės anatomijos metodais // Dabartinės plėtros biologijos temos. 2013. V. 106. P. 123-170. doi: 10.1016 / B978-0-12-416021-7.00004-3.
8. Antonica F., Kasprzyk D. F., Opitz R. O. ir kt. Skydliaukės generavimas iš embrioninių kamieninių ląstelių // Gamta. 2012. V. 491. No. 7422. P. 66-71. doi: 10.1038 / nature11525.
9. Lancaster M. A., Knoblich J. A. Modeliuojant organogenezę: naudojant ekologines technologijas // Mokslas. 2014. V. 345. Nr. 6194. doi: 10.1126 / science.1247125.
10. Miller J. S., Stevens K. R., Yang M. T. et al. Inksruojančių inžinerinių trijų matmenų audinių modelinių kraujagyslių tinklų spartusis liejimas // Nat. Mater. 2012. V. 11. Nr. 9. P. 768-774. doi: 10.1038 / nmat3357.
11. Bertassoni L. E., Cecconi M., Manoharan V. et al. Hidrogeliniai bioprintiniai mikrochannelių tinklai audinių inžinerijos konstrukcijų vaskuliarizacijai // Laboratorija Chip. 2014. V. 14. No. 13. P. 2202-2211.doi: 10.1039 / c4lc00030g.
12. Kamei, M., Saunders, B. B., Bayless, K. J. ir kt. Endotelio vamzdeliai, surinkti iš ląstelių vakuumo in vivo // Gamta. 2006. V. 442. No. 7101. P. 453-456. doi: 10.1038 / nature04923.
13. Mironov V., Viskonti R. P., Kasyanov V. Organų spausdinimas: audinių blokų sferoidai kaip sudedamosios dalys // Biomedžiagos. 2009. V. 30. Nr. 12. P. 2164-2174. doi: 10.1016 / j.biomaterials.2008.12.084.
14. Arauchi A., Shimizu T., Yamato M. et al. Injekuota skydliaukės ląstelių lakštų ląstelė, gavusios bendrą skydliaukės kiekį, lyginant su netransplantacijos modeliais. // Tissue Eng. Dalis A. 2009. V. 15. No. 12. P. 3943-3949. doi: 10.1089 / ten.TEA.2009.0119.
15. Murphy S. V., Atala A. 3D audinių ir organų biologinis spausdinimas // Gamta Biotechnologija. 2014. V. 32. No. 8. P. 773-785. doi: 10.1038 / nbt.2958.


Like this post? Please share to your friends:
Parašykite komentarą

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: