¿Cuáles son los pros y los contras que se deben considerar antes de aplicar la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa a aplicaciones clínicas?

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¿Cuáles son las perspectivas para el desarrollo y aplicación de la medicina regenerativa basada en ingeniería de tejidos?

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@元林

¡Carta de invitación! Para responder completamente a esta pregunta, necesitarías escribir un resumen, que obviamente no es lo que quieres ver. Entonces, la respuesta ofrece algunas explicaciones aproximadas y discusiones según mi propio entendimiento.

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Primero, hablemos de dos conceptos importantes: ingeniería de tejidos y medicina regenerativa.

La ingeniería de tejidos es un campo de investigación multidisciplinario que aplica plenamente los principios de las ciencias de la ingeniería, las ciencias biológicas y la medicina básica para desarrollar y fabricar sustitutos de tejidos u órganos biológicamente activos para su mantenimiento, reemplazo, reparación o incluso fortalecimiento de la función. de tejidos y órganos enfermos. Este concepto fue propuesto por Robert Lange (MIT) y Joseph Vacanti (Hospital General de Massachusetts) a finales de los 80 y principios de los 90, y fue elaborado en un artículo de investigación publicado en Science. Este concepto y principios básicos.

La medicina regenerativa es una definición más amplia que incluye la ingeniería de tejidos, pero también incluye la autocuración de los sistemas de tejidos del cuerpo. La ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa se utilizan ampliamente en la actualidad, principalmente porque el objetivo final de la ingeniería de tejidos es reemplazar o mejorar la capacidad de autocuración de los tejidos para curar enfermedades crónicas complejas.

(Ingeniería de tejidos oído humano, gracias: Universidad de Harvard)

Después de más de 20 años de desarrollo, la ingeniería de tejidos ha logrado grandes avances en la investigación básica, la aplicación clínica y la transformación del mercado. Los resultados han cambiado enormemente las ideas de tratamiento clínico y han beneficiado a un gran número de pacientes. Aunque es un tema relativamente nuevo, ha atraído una amplia atención desde su nacimiento. Los países (Estados Unidos, Japón, Singapur, China, etc.) están invirtiendo muchos fondos de investigación para promover el desarrollo de este tema. Al mismo tiempo, un gran número de investigadores relacionados (clínicos, ingenieros, biólogos, químicos, científicos de materiales, etc.) se sienten atraídos por este campo potencial y continúan promoviendo la disciplina de la ingeniería de tejidos con sus conocimientos y habilidades más profesionales en su campo. respectivos campos.

Cabe destacar que en los últimos años nuestro país ha invertido recursos humanos y financieros sin precedentes en el campo de la ingeniería de tejidos. En los diez años transcurridos entre 65438 y 2009-2009, el gobierno chino invirtió 500 millones de yuanes en investigación de ingeniería de tejidos y aplicaciones clínicas. En 2012, la revista "Science" publicó una reseña "El avance de China en la ingeniería de tejidos", informando sobre el desarrollo de China en este campo. También se informa sobre los pioneros nacionales en este campo: Gu de la Universidad de Nantong (sistema nervioso), Cao Yilin de la Universidad Jiao Tong de Shanghai (sistema esquelético) y Cui Fuzhai de la Universidad de Tsinghua (tejido cerebral).

Para la medicina regenerativa, la ingeniería de tejidos ha logrado actualmente un desarrollo continuo y avances en las siguientes direcciones:

1. Origen celular

Para crear el tejido u órgano objetivo. la regeneración suele requerir el uso de las células correspondientes, como cardiomiocitos (corazón), células epiteliales (piel), células del músculo esquelético (músculos), etc. Sin embargo, muchas células no pueden mantener su función y actividad durante largos períodos de tiempo in vitro sin su entorno nativo. Por ejemplo, el cultivo in vitro de células hepáticas siempre ha sido un problema. Por tanto, es muy importante obtener nuevas fuentes de células. El uso de células madre pluripotentes puede solucionar este problema en gran medida. Las células madre embrionarias y las células madre pluripotentes inducidas (células iPS) son puntos calientes en la investigación, especialmente las células iPS. Debido a sus funciones únicas y al hecho de que no causan problemas éticos, se han convertido en las favoritas de los investigadores de todo el mundo. Están constantemente desarrollando su diferenciación dirigida a tejidos específicos y nuevas aplicaciones para órganos. Al mismo tiempo, las células madre tisulares que son más específicas que las células madre pluripotentes, como las células mesenquimales de la médula ósea, las células madre adiposas, las células madre de la sangre del cordón umbilical, etc. También ha sido utilizado por investigadores para regenerar diferentes tejidos. También se han aislado y utilizado con éxito células más específicas, como las células progenitoras condrogénicas y las células progenitoras cardíacas, para la regeneración de los tejidos correspondientes.

(Las células iPS forman colonias, crédito: Flickr)

2. Nuevos biomateriales

La ingeniería de tejidos exitosa es inevitablemente inseparable del desarrollo de biomateriales. La selección de materiales es muy importante para regenerar tejidos biológicos con diferentes propiedades. En las primeras etapas de la ingeniería de tejidos, los materiales se utilizaban a menudo como andamios para apoyar la unión y el crecimiento de las células.

El desarrollo actual de nuevos materiales se centra principalmente en las propiedades biológicas de los materiales. Los nuevos materiales no sólo deben actuar como andamios, sino también interactuar con las células para inducir la migración, expansión y diferenciación direccional de las células. Al mismo tiempo, se dota a nuevos materiales de la función de regular el microambiente de crecimiento celular, como liberar factores de crecimiento, transmitir factores de señalización, inhibir la inflamación, etc. También hay nuevos biomateriales que pueden autoensamblarse bajo estimulación externa, en un momento específico y en un microambiente específico, pueden autoensamblarse en la forma del tejido u órgano objetivo. Aunque estos estudios aún se encuentran en las primeras etapas de exploración, podemos prever avances interesantes en el futuro.

(Nuevo biomaterial de ingeniería de tejido hepático biónico, créditos: NIH)

3. Factores de señalización

Para cultivo celular in vitro, si no existe un original in vivo. Los factores de señalización ambientales y relacionados dificultan la diferenciación exitosa y eficiente en tejidos y órganos diana. Después de años de investigación, se han identificado gradualmente los factores de crecimiento necesarios para la diferenciación direccional de algunos tejidos. Los enfoques tradicionales de ingeniería de tejidos suelen aplicar directamente combinaciones establecidas de factores de crecimiento a células de cultivo o materiales de soporte cargados de células. Sin embargo, el aislamiento y la purificación de factores de crecimiento requieren mucho tiempo y son costosos, y no es la mejor opción para un uso a largo plazo. En la actualidad, el desarrollo en este campo se centra principalmente en pequeñas moléculas químicas, genes, estimulación física, etc. Mediante la acción de pequeñas moléculas químicas, se pueden activar vías de señalización biológica equivalentes a los factores de crecimiento, induciendo así la diferenciación celular. La transducción genética permite que las células se diferencien y adquieran funcionalidad sin estimulación externa. Estimulación física durante el proceso de diferenciación de diferentes tejidos diana, como ingravidez, presión, estructura superficial de los materiales del andamio, etc. y también puede promover la diferenciación celular. La combinación de nuevos materiales biológicos y la combinación de diferentes factores y materiales de señalización también es un punto de investigación, los llamados "materiales inteligentes". Por ejemplo, andamios con función de liberación sostenida de fármacos, hidrosoles cargados con ADN plasmídico, etc.

(Recelularización de riñón de rata descelularizado, crédito: Harvard Medical School)

4. Métodos de biomanufactura

La biomanufactura es una terminología relativamente nueva. Como sugiere el nombre, es el uso de elementos básicos (células, factores de crecimiento, materiales biológicos, etc.) para formar organismos con el fin de producir tejidos u órganos biológicos funcionales o sistemas biológicos para la investigación. Aquí hablo principalmente del primero. El método de fabricación de ingeniería de tejidos más tradicional consiste en instalar células en un andamio 3D y cultivarlas en un entorno con factores de crecimiento. A lo largo de los años se han desarrollado una gran cantidad de métodos de fabricación para diferentes tejidos. Por ejemplo, la recelularización de células descelularizadas se ha utilizado en ingeniería de tejidos de hígado, riñón, corazón, etc. El ensamblaje 3D de láminas de células también se ha aplicado con éxito a tejidos como cartílagos, vasos sanguíneos y piel, y se han utilizado productos clínicos en pacientes. Los microtejidos, como unidad estructural básica, también se han utilizado con éxito para la regeneración de vasos sanguíneos, tejido hepático y tejido muscular. La aparición de la actualmente muy popular tecnología de bioimpresión 3D ha supuesto otra nueva revolución para la ingeniería de tejidos y la medicina regenerativa. Gracias a sus capacidades de control precisas y características personalizadas, es posible personalizar tejidos y órganos humanos. Aunque la bioimpresión 3D se encuentra en una etapa de investigación preliminar, aún quedan muchas dificultades por superar (ver:

¿Cuáles son las principales dificultades de la bioimpresión 3D?

), pero a medida que avanza la tecnología madura Con el desarrollo espontáneo de la ingeniería de tejidos, la impresión exitosa de órganos humanos mediante biología 3D ya no es una fantasía.

(Bioimpresión 3D para ingeniería de tejidos, crédito: Universidad Wake Forest)

La ingeniería de tejidos se ha desarrollado y progresado constantemente. Aunque una gran cantidad de resultados de investigación todavía se limitan a la etapa de laboratorio, muchas tecnologías han entrado en traducción clínica e incluso en comercialización. No sólo su aplicación en el campo médico, el uso de tejido regenerado para pruebas de drogas y pruebas toxicológicas se considera un punto de investigación en los próximos cinco a diez años, lo que también traerá avances revolucionarios a la industria biomédica.

(Modelo de prueba de drogas con chip humano, crédito: Instituto Wyss de la Universidad de Harvard)

Referencia:

1.

Organización de Promoción de China Ingeniería

2.

Laboratorio de Ingeniería de Tejidos y Fabricación de Órganos

3.

Laboratorio Lange: Profesor Robert Lange

4.

/tags/ingeniería de tejidos

(lectura recomendada)

6.

/terms /tissue_engineering.htm

(Lectura recomendada)

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Indique la fuente para la reimpresión.

Dr. YY

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