Översikt över Vävnadsteknik

Människokroppens förmåga att regenerera vävnader och organ är extremt ineffektivt, och förlust av mänsklig vävnad och organ kan ske enkelt på grund av saker som medfödda defekter, sjukdomar och plötsligt trauma. När vävnaden dör (kallad nekros) kan den inte återföras. Om den inte avlägsnas eller repareras kan den påverka andra delar av kroppen, såsom omgivande vävnad, organ, ben och hud.
Här är vävnadsteknik användbar. Genom att använda biomaterial (materia som interagerar med kroppens biologiska system som celler och aktiva molekyler) kan funktionella vävnader skapas för att hjälpa till att återställa, reparera eller ersätta skadad mänsklig vävnad och organ.

En kort historia

Vävnadsteknik är ett relativt nytt fält av medicin, med forskning som bara börjar på 1980-talet. En amerikansk bioengineer och forskare med namnet Yuan-Cheng Fung skickade in ett förslag till National Science Foundation (NSF) för ett forskningscenter för att vara tillägnad levande vävnader. Fung tog begreppet mänsklig vävnad och utvidgade den för att applicera på alla levande organismer mellan celler och organ.
På grundval av detta förslag märkte NSF termen "vävnadsteknik" i ett försök att bilda ett nytt område för vetenskaplig forskning. Detta ledde till bildandet av The Tissue Engineering Society (TES), som senare blev Tissue Engineering och Regenerative Medicine International Society (TERMIS).
TERMIS främjar både utbildning och forskning inom området vävnadsteknik och regenerativ medicin. Regenerativ medicin avser ett bredare fält som fokuserar på såväl vävnadsteknik som människokroppens förmåga att självhelga sig för att återställa normal funktion till vävnad, organ och mänskliga celler.

Syftet med vävnadsteknik

Vävnadsteknik har några huvudfunktioner inom medicin och forskning: Hjälper med vävnad eller organreparation inklusive benreparation (förkalkad vävnad), broskvävnad, hjärtvävnad, bukspottkörtelvävnad och vaskulär vävnad. Fältet bedriver också forskning om stamcellsbeteende. Stamceller kan utvecklas till många olika typer av celler och kan hjälpa till att reparera kroppsdelar.
Field of tissue engineering gör det möjligt för forskare att skapa modeller för att studera olika sjukdomar, som cancer och hjärtsjukdomar.
Den 3D naturen av vävnadsteknik gör att tumörarkitekturen kan studeras i en mer exakt miljö. Vävnadsteknik ger också en miljö för att testa potentiella nya droger på dessa sjukdomar.

Hur det fungerar

Vävnadstekniken är komplicerad. Det handlar om att bilda en 3D-funktionell vävnad för att hjälpa till att reparera, ersätta och regenerera en vävnad eller ett organ i kroppen. För att göra detta kombineras celler och biomolekyler med byggnadsställningar.
Byggnadsställningar är konstgjorda eller naturliga strukturer som efterliknar verkliga organ (som njure eller lever). Vävnaden växer på dessa byggnadsställningar för att efterlikna den biologiska processen eller strukturen som behöver bytas ut. När dessa är konstruerade tillsammans, är ny vävnad konstruerad för att replikera den gamla vävnadens tillstånd när den inte var skadad eller sjukt.

Byggnadsställningar, celler och biomolekyler

Ställningar, som normalt skapas av celler i kroppen, kan byggas från källor som proteiner i kroppen, konstgjord plast eller från en befintlig byggnadsställning, som en från ett givarorgan. I fallet med ett donatororgan skulle ställningen kombineras med celler från patienten för att göra anpassningsbara organ eller vävnad som faktiskt kan avvisas av patientens immunsystem.
Oavsett hur det bildas är det denna byggnadsstruktur som skickar meddelanden till cellerna som hjälper till att stödja och optimera cellfunktioner i kroppen.
Att välja rätt celler är en viktig del av vävnadsteknik. Det finns två huvudtyper av stamceller.

Två huvudtyper av stamceller

• Embryonala stamceller: härrör från embryon, vanligtvis i ägg som har befruktats in vitro (utanför kroppen).
• Vuxna stamceller: Hittade inuti kroppen bland vanliga celler-de kan multiplicera genom celldelning för att fylla på döende celler och vävnader.

Det finns för närvarande mycket forskning som utförs på pluripotenta stamceller också (vuxna stamceller som induceras att verka som embryonala stamceller). I teorin finns det obegränsat utbud av pluripotenta stamceller, och användningen av dem innebär inte att man förstör mänskliga embryon (vilket också orsakar ett etiskt problem). I själva verket släppte Nobelprisvinnande forskare sina fynd på pluripotenta stamceller och deras användningsområden.
Totalt omfattar biomolekyler fyra huvudklasser (även om det finns sekundära klasser): kolhydrater, lipider, proteiner och nukleinsyror. Dessa biomolekyler hjälper till att kompensera cellstrukturen och funktionen. Kolhydrater hjälper organ som hjärnan och hjärtfunktionen samt system som körs som matsmältningssystemet och immunsystemet.
Proteiner ger antikroppar mot bakterier såväl som strukturellt stöd och kroppsrörelse. Nukleinsyror innehåller DNA och RNA, vilket ger genetisk information till celler.

Medicinsk användning

Vävnadsteknik används inte i stor utsträckning för patientvård eller behandling. Det har varit några fall som har använt vävnadsteknik i hudtransplantat, bruskreparation, små artärer och blåsor hos patienter. Emellertid har vävnadsgenererade större organ som hjärtat, lungorna och leveren inte använts hos patienterna (även om de har skapats i laboratorier).
Förutom riskfaktorn för att använda vävnadsteknik hos patienter är förfarandena extremt kostsamma. Även om vävnadsteknik är till hjälp när det gäller medicinsk forskning, särskilt vid testning av nya läkemedelsformuleringar.
Att använda levande, fungerande vävnad i en miljö utanför kroppen hjälper forskare att göra vinster i personlig medicin.
Personlig medicin hjälper till att avgöra om vissa läkemedel fungerar bättre för vissa patienter baserat på deras genetiska smink, samt minskar kostnaderna för utveckling och testning på djur.

Exempel på vävnadsteknik

Ett nyligen genomfört exempel på vävnadsteknik som utförs av National Institute of Biomedical Imaging och Bioengineering innefattar konstruktion av en mänsklig levervävnad som sedan implanteras i en mus.Eftersom musen använder sin egen lever metaboliserar den mänskliga levervävnaden droger, vilket efterliknar hur människor skulle svara på vissa mediciner i musen. Detta hjälper forskare att se vilka möjliga läkemedelsinteraktioner det kan finnas med en viss medicinering.
I ett försök att ha manipulerad vävnad med ett inbyggt nätverk testar forskare en skrivare som skulle göra ett kärlliknande nätverk från en sockerlösning. Lösningen skulle bilda och härda i den manipulerade vävnaden tills blodet tillsätts till processen, färdas genom de konstgjorda kanalerna.
Slutligen är regenerering av en patients njurar med patientens egna celler ett annat projekt från institutet. Forskare använde celler från givarorganen för att kombinera med biomolekyler och ett kollagenställ (från donatororganet) för att växa ny njurevävnad.
Denna organvävnad testades sedan för att fungera (såsom absorberande näringsämnen och producera urin) både utanför och sedan inuti råttor. Framsteg på detta område av vävnadsteknik (som också kan fungera på liknande sätt för organ som hjärta, lever och lungor) kan hjälpa till med donatortap och minska alla sjukdomar som är förknippade med immunosuppression hos organtransplantationspatienter.

Hur det hänför sig till cancer

Metastatisk tumörtillväxt är en av anledningarna till att cancer är en ledande orsak till dödsfall. Före vävnadsteknik kunde tumörmiljöer endast skapas utanför kroppen i 2D-form. Nu tillåter 3D-miljöer, såväl som utveckling och användning av vissa biomaterial (som kollagen), att forskare tittar på en tumörs miljö ner till mikromiljön hos vissa celler för att se vad som händer med sjukdomen när vissa kemiska kompositioner i celler förändras.
På så sätt hjälper vävnadstekniker forskare att förstå både cancerprogression och vad effekterna av vissa terapeutiska metoder kan vara på patienter med samma typ av cancer.
Även om framsteg har gjorts för att studera cancer genom vävnadsteknik kan tumörtillväxt ofta leda till att nya blodkärl bildas. Detta innebär att även med de framsteg vävnadsteknik har gjort med cancerforskning kan det finnas begränsningar som endast kan elimineras genom att implantera den manipulerade vävnaden i en levande organism.
Med cancer kan dock vävnadsteknik hjälpa till att fastställa hur dessa tumörer bildas, vilka normala cellinteraktioner som ska se ut, liksom hur cancerceller växer och metastaserar. Detta hjälper forskare att testa droger som bara påverkar cancerceller, i motsats till hela organet eller kroppen.
Nya vägar biomaterial förändras hälsovård