La ingeniería del tejido del es el uso de una combinación de la ingeniería de las células y los métodos de los materiales, y el conveniente bioquímico y factores fisioquímicos de mejorar o de substituir funciones biológicas . Mientras que la mayoría de las definiciones de la ingeniería del tejido cubren una gama de usos amplia, el término se asocia en la práctica de cerca a los usos de los cuales reparar o substituir las porciones o los tejidos enteros (es decir, hueso, el cartílago, los vasos sanguíneos, la vejiga, etc…). A menudo, los tejidos implicados requieren ciertas características mecánicas y estructurales para la función apropiada. El término también se ha aplicado a esfuerzos para realizar funciones bioquímicas específicas usar las células dentro de un sistema de apoyo artificial-creado (e. un páncreas artificial, o de un hígado bioartificial ). La medicina regenerador del del término es de uso frecuente sinónimo con la ingeniería del tejido, aunque ésas implicadas en medicina regenerador pongan más énfasis en el uso de las células de vástago de producir tejidos.

En 2003, el NSF publicó un informe dado derecho " La aparición de la ingeniería del tejido como investigación Field", que da una descripción cuidadosa de la historia de este campo.

Una definición comúnmente aplicada de la ingeniería del tejido, según lo indicado por el Langer y Vacanti, es " un campo interdisciplinario que aplica los principios de ingeniería y de ciencias de la vida hacia el desarrollo de los substitutos biológicos que restauran, mantiene, o mejora la función del tejido o un organ" entero;. La ingeniería del tejido también se ha definido como " entendiendo los principios de crecimiento del tejido, y de aplicar esto de producir el tejido funcional del reemplazo para use." clínico; Otra descripción se enciende decir que un " la suposición subyacente de la ingeniería del tejido es que el empleo de la biología natural del sistema permitirá mayor éxito en desarrollar estrategias terapéuticas tuvo como objetivo el reemplazo, la reparación, el mantenimiento, y/o el realce del tejido function."

Los recientes desarrollos de gran alcance en el campo multidisciplinario de la ingeniería del tejido han rendido un sistema nuevo de piezas de recambio del tejido y de estrategias de puesta en práctica. Los avances científicos en biomateriales, las células de vástago, los factores del crecimiento y de la diferenciación, y los ambientes biomimetic han creado oportunidades únicas de fabricar tejidos en el laboratorio de combinaciones de matrices extracelulares dirigidas (" scaffolds"), células, y moléculas biológicamente activas. Entre los desafíos principales ahora hacer frente a la ingeniería del tejido es la necesidad de una funcionalidad más compleja, así como estabilidad funcional y biomecánica en los tejidos laboratorio-crecidos destinados para el trasplante. El éxito continuo de la ingeniería del tejido, y el desarrollo eventual de las piezas de recambio humanas verdaderas, crecerán de la convergencia de la ingeniería y la investigación básica avanza en tejido, matriz, factor de crecimiento, célula de vástago, y biología de desarrollo, así como la ciencia material y la bioinformática.

Células

La ingeniería del tejido utiliza las células vivas como materiales de ingeniería. Los ejemplos incluyen usar los fibroblastos vivos en el reemplazo o la reparación de la piel, el cartílago reparado con el vivo Chondrocytes u otros tipos de células usadas en otras maneras.

Las células estaban disponibles como materiales de ingeniería cuando los científicos en Geron Corp. descubrieron cómo extender el Telomeres en 1998, produciendo las variedades de células inmortalizadas . Antes de esto, las culturas del laboratorio de células mamíferas sanas, noncancerous dividirían solamente un número fijo de épocas, hasta el límite de Hayflick.

Extracción

De los tejidos flúidos tales como sangre, las células son extraídas por métodos, generalmente la centrifugación o el Apheresis a granel . De tejidos sólidos, la extracción es más difícil. El tejido es generalmente picadito, y entonces digerido con la tripsina de las enzimas o la colagenasa para quitar la matriz extracelular que lleva a cabo las células. Después de eso, las células son flotación libre, y extraído usar la centrifugación o apheresis.
La digestión con tripsina es muy dependiente en temperatura. Temperaturas más altas digieren la matriz más rápidamente, pero crean más daño. La colagenasa es menos dependiente de la temperatura, y daña pocas células, pero dura y es un reactivo más costoso.

Tipos de células

Las células son categorizadas a menudo por su fuente:
Las células autólogas del se obtienen del mismo individuo a el cual reimplanted. Las células autólogas tienen los pocos problemas con el rechazamiento y la transmisión el patógeno, no obstante en algunos casos no pudo estar disponible. Por ejemplo en la enfermedad genética las células autólogas convenientes no están disponibles. También las personas muy enfermas o mayores, tan bien como los pacientes que sufren de quemaduras severas, pueden no tener suficientes cantidades de células autólogas para establecer variedades de células útiles. Por otra parte puesto que esta categoría de células necesita ser cosechada del paciente, hay también algunas preocupaciones relacionadas con la necesidad de realizar tales operaciones quirúrgicas que pudieron llevar a la infección dispensadora de aceite del sitio o al dolor crónico. Las células autólogas también se deben cultivar de muestras antes de que puedan ser utilizadas: esto tarda tiempo, así que las soluciones autólogas pueden no ser muy rápidas. Recientemente ha habido una tendencia hacia el uso de las células de vástago mesenquimales de la médula y gordo. Estas células pueden distinguir en una variedad de tipos del tejido, incluyendo el hueso, el cartílago, el gordo, y el nervio . Una gran cantidad de células se pueden aislar fácilmente y rápidamente de la grasa, así abriendo el potencial para que una gran cantidad de células obtengan rápidamente y fácilmente. Han fundado a varias compañías para capitalizar en esta tecnología, el más acertado en este tiempo que era terapéutica de Cytori.
las células alógenas del del

vienen del cuerpo de un donante de la misma especie. Mientras que hay algunos apremios éticos al uso de las células humanas para los estudios ines vitro del, el empleo de los fibroblastos cutáneos del foreskin humano se ha demostrado para ser inmunológico seguro y así una opción viable para la ingeniería del tejido de la piel.
las células de Xenogenic del

son ésas aisladas de los individuos de otras especies. Particularmente las células animales se han utilizado en experimentos tuvieron como objetivo absolutamente extensivamente la construcción de implantes cardiovasculares.
el Syngeneic del

o las células isógenas del se aísla de organismos genético idénticos, tales como gemelos, copias, o modelos alto innatos del animal de la investigación.
las células del

Primary son de un organismo.
las células secundarias del del

son de un banco de célula.
células de vástago del del

(el considera el artículo principal: La célula de vástago ) es células no diferenciadas con la capacidad de dividir en cultura y de dar lugar a diversas formas de células especializadas. Según su fuente las células de vástago se dividen en " adult" y " embryonic" células de vástago, la primera clase que es multipotent y el pluripotent de estes 3ultimo sobre todo; algunas células son el totipotencial, en los primeros tiempos del embrión. Mientras que todavía hay un discusión ético grande relacionado con el uso de las células de vástago embrionarias, se piensa que las células de vástago pueden ser útiles para la reparación de tejidos enfermos o dañados, o puede ser utilizado para crecer nuevos órganos.

Materiales de ingeniería

Las células se implantan o “se siembran a menudo” en una estructura artificial capaz de apoyar la formación tridimensional del tejido . Estas estructuras, típicamente llamadas los andamios son a menudo críticas, ambo ex vivo del así como el in vivo del, a recapitular el entorno del in vivo y a permitir que las células influencien sus propios microambientes. Los andamios sirven generalmente por lo menos uno de los propósitos siguientes:
Permitir el accesorio y la migración de la célula
Entregar y conservar las células y los factores bioquímicos
Permitir la difusión de los alimentos vitales de la célula y de los productos expresados
Ejercer ciertas influencias mecánicas y biológicas para modificar el comportamiento de la fase de la célula Para alcanzar la meta de la reconstrucción del tejido, los andamios deben cumplir algunos requisitos específicos. Una alta porosidad y un tamaño adecuado del poro son necesarios facilitar el seeding y la difusión de la célula a través de la estructura entera de células y de alimentos. La biodegradabilidad es a menudo un factor esencial puesto que los andamios se deben absorber preferiblemente por los tejidos circundantes sin la necesidad de un retiro quirúrgico. La tarifa en la cual la degradación ocurre tiene que coincidir tanto cuanto sea posible con el índice de formación del tejido: esto significa que mientras que las células están fabricando su propia estructura natural de la matriz alrededor de sí mismos, el andamio puede proporcionar integridad estructural dentro del cuerpo y analizará eventual dejar el neotissue, el tejido recién formado que asumirá el control la carga mecánica. Injectability es también importante para las aplicaciones clínicas.

Muchos diversos materiales (naturales y sintético, biodegradables y permanentes) se han investigado. La mayor parte de estos materiales se han sabido en el campo médico antes del advenimiento de la ingeniería del tejido como asunto de investigación, ya siendo empleado pues los ejemplos bioresorbable de las suturas de estos materiales son el colágeno o algunos poliesteres alifáticos linear

Los nuevos biomateriales se han dirigido para tener características ideales y arreglo para requisitos particulares funcional: el injectability, fabricación sintética, biocompatibility, no-inmunogeneticidad, transparencia, nano-escala las fibras, la concentración baja, las tarifas de la resorción, etc. PuraMatrix, originando de los laboratorios del MIT de Zhang, los ricos, Grodzinsky y Langer es una de estas nuevas familias biomimetic del andamio que ahora se ha comercializado y está afectando la ingeniería clínica del tejido.

Un material sintético de uso general es PLA - ácido polylactic. Éste es un poliester que degrada dentro del cuerpo humano para formar el ácido láctico, un producto químico natural que se quite fácilmente del cuerpo. Los materiales similares son el ácido poliglicólico (PGA) y Polycaprolactone (PCL): su mecanismo de la degradación es similar a el del PLA, pero exhiben un índice respectivamente más rápido y más lento de degradación comparado al PLA.

Los andamios se pueden también construir de los materiales naturales: particularmente diversos derivados de la matriz extracelular se han estudiado para evaluar su capacidad de apoyar crecimiento de la célula. Los materiales Proteic, tales como colágeno o fibrina, y los materiales polysaccharidic, como el kitosán o el Glycosaminoglycans (mordazas), tienen todos conveniente probada en términos de compatibilidad de la célula, pero todavía sigue habiendo algunas ediciones con inmunogeneticidad potencial. Entre el ácido hialurónico de las mordazas, posiblemente conjuntamente con cruz el lazo de los agentes (e. aldehído glutárico, del carbodiimide soluble en agua, etc…), es una de las opciones posibles como material del andamio. Los grupos de Functionalized de andamios pueden ser útiles en la entrega de las pequeñas moléculas (drogas) a los tejidos específicos.

Síntesis de los andamios de la ingeniería del tejido

Un número de diversos métodos se han descrito en la literatura para preparar las estructuras porosas para ser empleado como andamios de la ingeniería del tejido. Cada uno de estas técnicas presenta sus propias ventajas, pero ninguna es desprovista de desventajas.
Uno mismo-Montaje de Nanofiber del del

: El uno mismo-montaje molecular es uno de los pocos métodos para crear biomateriales con las características similares en escala y química a la de la matriz extracelular in vivo natural (ECM). Por otra parte, estos andamios del hidrogel han demostrado la toxicología superior y el biocompatibility ines vivo comparados con los macroscaffolds tradicionales y los materiales animal-derivados.
tecnologías de la materia textil del del

: estas técnicas incluyen todos los acercamientos que se han empleado con éxito para la preparación de los acoplamientos del non-woven de diversos polímeros particularmente que las estructuras no tejidas de Polyglycolide se han probado para los usos de la ingeniería del tejido: tales estructuras fibrosas se han encontrado útiles para crecer diversos tipos de células. Las desventajas principales se relacionan con las dificultades de obtener la alta porosidad y el tamaño regular del poro.
bastidor y macropartícula solventes del del

que lixivian (SCPL) : este acercamiento permite la preparación de estructuras porosas con porosidad regular, pero con un grueso limitado. Primero el polímero se disuelve en un solvente orgánico conveniente (e. el ácido polylactic se podría disolver en el diclorometano ), después la solución se echa en llenada de las partículas del porogen. Tal porogen puede ser una sal inorgánica como el cloruro sódico, cristales de la sacarosa, esferas de la gelatina o esferas de la parafina . El tamaño de las partículas del porogen afectará al tamaño de los poros del andamio, mientras que el polímero al cociente del porogen se correlaciona directo a la cantidad de porosidad de la estructura final. Después de que se haya echado la solución del polímero el solvente se permite evaporarse completamente, después la estructura compuesta en el molde se sumerge en un baño de un líquido conveniente para disolver el porogen: regar en caso del cloruro sódico, sacarosa y gelatina o un solvente alifático como el hexano para la parafina. Una vez que el porogen se ha disuelto completamente se obtiene una estructura porosa. Con excepción de la pequeña gama del grueso que puede ser obtenida, otra desventaja de SCPL miente en su uso de los solventes orgánicos que se deben quitar completamente para evitar cualquier daño posible a las células sembradas en el andamio.
gas que hace espuma del del

: para superar la necesidad para utilizar solventes orgánicos y porogens sólidos una técnica usar el gas como porogen se ha desarrollado. El primer disco formó las estructuras hechas del polímero deseado se prepara por medio del moldeado de compresión usar un molde heated. Los discos entonces se colocan en un compartimiento donde se exponen al de alta presión CO₂ por varios días. La presión dentro del compartimiento se restaura gradualmente a los niveles atmosféricos. Durante este procedimiento los poros son formados por las moléculas del dióxido de carbono que abandonan el polímero, dando por resultado una esponja como la estructura. Los mayores problemas se relacionaron con tal técnica son causados por el calor excesivo usado durante el moldeado de compresión (que prohíbe la incorporación de cualquier material inestable de la temperatura en la matriz del polímero) y por el hecho de que los poros no forman una estructura interconectada.
de la emulsificación/de la deshidratación por congelación del del

: esta técnica no requiere el uso de un porogen sólido como SCPL. Primero un polímero sintético se disuelve en un solvente conveniente (e. ácido polylactic en diclorometano) entonces riega se agrega a la solución polimérica y los dos líquidos son mezclados para obtener una emulsión . Antes de las dos fases puede separarse, la emulsión se echa en un molde y se congela rápidamente por medio de la inmersión en el nitrógeno líquido . La emulsión congelada es posteriormente liofilizado para quitar el agua dispersa y el solvente, así dejando una estructura polimérica solidificada, porosa. Mientras que la emulsificación y la deshidratación por congelación permite una preparación más rápida si está comparada a SCPL, puesto que no requiere un paso de lixiviación desperdiciador de tiempo, todavía requiere el uso de solventes, por otra parte el tamaño del poro es relativamente pequeño y la porosidad es a menudo irregular. La deshidratación por congelación por sí mismo es también una técnica comúnmente empleada para la fabricación de andamios. Particularmente se utiliza para preparar esponjas del colágeno: el colágeno se disuelve en las soluciones ácidas del ácido acético o del ácido hidroclórico que se echan en un molde, se congela con nitrógeno líquido después se liofiliza.
separación de fase termal inducida del del

(TIPS) : similar a la técnica anterior, este procedimiento de la separación de fase requiere el uso de un solvente con un punto de temperatura de fusión baja que sea fácil de sublimar. Por ejemplo el dioxano se podría utilizar para disolver el ácido polylactic, después la separación de fase se induce a través de la adición de una pequeña cantidad de agua: se forma una fase polímero-rica y polímero-pobre. El enfriamiento de siguiente debajo del punto de fusión solvente y de algunos días de secado al vacío para sublimar el solvente un andamio poroso se obtiene. La separación de fase de dos líquidos presenta las mismas desventajas de la emulsificación/de la deshidratación por congelación.
tecnologías del CAD/CAM del del

: puesto que la mayor parte de los acercamientos arriba descritos son limitados cuando viene al control de la porosidad y del tamaño del poro, el diseño de ayuda de computadora y las técnicas de la fabricación se han introducido a la ingeniería del tejido. Primero una estructura tridimensional se diseña usar software del cad, después el andamio es observado usando la impresión del chorro de tinta de los polvos del polímero o con la deposición fundida que modela de un derretimiento del polímero.

Métodos de la asamblea

Uno de la continuación, los problemas persistentes con la ingeniería del tejido es limitaciones del transporte total. Los tejidos dirigidos carecen generalmente una fuente de sangre inicial, así haciéndola difícil para que cualquier célula implantada obtenga el suficientes oxígeno y alimentos para sobrevivir, y/o funcionan correctamente.

la Uno mismo-asamblea puede desempeñar un papel importante aquí, de la perspectiva de encapsular las células y las proteínas, así como crear andamios en la escala física derecha para las construcciones dirigidas del tejido y el ingrowth celular.

Puede ser que sea posible imprimir órganos, o posiblemente organismos enteros. Un método innovador reciente de construcción utiliza un mecanismo del chorro de tinta para imprimir capas exactas de células en una matriz del gel thermoreversable. Las células endoteliales, las células que alinean los vasos sanguíneos, se han impreso en un sistema de anillos apilados. Cuando estaban incubada, éstos se fundieron en un tubo.

Cultura del tejido

En muchos casos, la creación de tejidos funcionales y el biológico in vitro de las estructuras requiere el extenso que cultiva para promover supervivencia, crecimiento y el estímulo de la funcionalidad. Los requisitos básicos de las células se deben mantener generalmente en cultura, que incluyen el oxígeno, el pH, la humedad, la temperatura, los alimentos y mantenimiento de la presión osmótica .

El tejido dirigió los actuales problemas adicionales de las culturas también en condiciones de la cultura que mantenían. En cultivo celular estándar, la difusión es a menudo los únicos medios del transporte del alimento y del metabilito. Sin embargo, mientras que una cultura llega a ser más grande y más compleja, por ejemplo el caso con los órganos dirigidos y los tejidos enteros, otros mecanismos se deben emplear para mantener la cultura.

El otro tema con la cultura del tejido está introduciendo los factores o los estímulos apropiados requeridos para inducir funcionalidad. En muchos casos, la cultura simple del mantenimiento no es suficiente. Los metabilitos o los alimentos específicos de las hormonas de los factores de crecimiento, el producto químico y los estímulos físicos se requieren a veces. Por ejemplo, ciertas células responden a los cambios en la tensión del oxígeno como parte de su desarrollo normal, tal como Chondrocytes que deba adaptarse a las condiciones o a la hipoxia con poco oxígeno durante el desarrollo esquelético. Otros, tales como células endoteliales, responden a la tensión de esquileo del flujo flúido, que se encuentra en vasos sanguíneos.

Biorreactores

considera también:

l biorreactor En muchos casos, los biorreactores se emplean para mantener condiciones específicas de la cultura. Los dispositivos son diversos, con muchos especialmente diseñados para los usos específicos. Los biorreactores permiten el control exacto y continuo de las condiciones de la cultura y también permiten la introducción de diversos estímulos a las culturas del tejido.

Ejemplos de las tecnologías de la ingeniería del tejido

Dispositivo del hígado de Bioartificial - varios esfuerzos de investigación han producido los dispositivos de ayuda hepáticos que utilizaban los hepatocitos vivos
Páncreas artificial - la investigación implica usar las células del islote para producir y para regular la insulina, particularmente en casos de la diabetes .
Vejigas artificiales - el Anthony Atala (universidad del bosque de la estela) ha implantado con éxito las vejigas artificial crecidas en siete fuera de aproximadamente 20 temas de prueba humanos como parte de un experimento de largo plazo.
Cartílago - el tejido laboratorio-crecido fue utilizado con éxito para reparar el cartílago de la rodilla.

Ver también

La ingeniería biomédica es (y mirado a menudo como parental) un campo cercano.
La ingeniería biológica es un campo más amplio que abarca generalmente la ingeniería y los campos relacionados (e. biomateriales del tejido).
Uno mismo-montaje molecular

Agencias que apoyan la investigación aplicada del tejido

Institutos nacionales de la salud
National Science Foundation
El Consejo de Investigación nacional de Canadá

.

Zenithic

Hills Grove, North Carolina

Random links:

Ergonómica | Área controlada | Eldorado, Oklahoma | Un río funciona a través de él | Control de la admisión