Tkivno inženjerstvo

Tkivno inženjerstvo je biomedicinska inženjerska disciplina koja koristi kombinaciju ćelija, inženjeringa, metoda materijala i odgovarajućih biohemijskih i fizičko-hemijskih faktora za obnavljanje, održavanje, poboljšanje ili zamenu različitih tipova bioloških tkiva. Tkivno inženjerstvo često uključuje upotrebu ćelija postavljenih na skele tkiva u formiranju novog održivog tkiva u medicinske svrhe, ali nije ograničeno na aplikacije koje uključuju ćelije i skele tkiva. Iako je nekada bilo kategorisano kao podoblast biomaterijala, pošto je poraslo u obimu i važnosti, može se smatrati zasebnom oblasti.^[1]

Šta je tkivno inženjerstvo i kako funkcioniše

Tokom protekle decenije u oblasti tkivnog inženjerstva, novi izvori ćelija, inženjerski materijali i tehnike arhitekture tkiva obezbedili su inženjerska tkiva koja bolje obnavljaju, održavaju, poboljšavaju ili zamenjuju biološka tkiva.

Dok većina definicija tkivnog inženjerstva pokriva širok spektar primena, u praksi je ovaj termin usko povezan sa primenama koje popravljaju ili zamenjuju delove ili cela tkiva (tj. organe, kosti, hrskavicu,^[2] krvne sudove, bešiku, kožu, mišiće itd.). Često obuhvaćena tkiva zahtevaju određena mehanička i strukturna svojstva za pravilno funkcionisanje. Termin se takođe primenjuje na napore da se izvode specifične biohemijske funkcije pomoću ćelija unutar veštački stvorenog sistema podrške (npr. veštački pankreas ili bio-veštačka jetra). Termin regenerativna medicina se često koristi kao sinonim za tkivno inženjerstvo, iako oni koji su uključeni u regenerativnu medicinu stavljaju veći naglasak na upotrebu matičnih ćelija ili progenitornih ćelija za proizvodnju tkiva.

Pregled

Mikro-masa kulture ćelija C3H-10T1/2 pri različitim tenzijama kiseonika obojene Alkijanskim plavim

Uobičajena definicija tkivnog inženjeringa, kako navode Langer^[3] i Vakanti,^[4] je „interdisciplinarna oblast koja primenjuje principe inženjerstva i nauka o životu na razvoj bioloških supstituta koji obnavljaju, održavaju ili poboljšavaju [biološke tkiva] funkcije ili celog organa“.^[5] Pored toga, Langer i Vakanti takođe navode da postoje tri glavna tipa tkivnog inženjeringa: ćelije, supstance koje indukuju tkivo i pristup ćelija + matriks (koji se često naziva skela). Tkivno inženjerstvo je takođe definisano kao „razumevanje principa rasta tkiva i primena toga za proizvodnju funkcionalnog zamenskog tkiva za kliničku upotrebu“.^[6] U daljem opisu se kaže da je „osnovna pretpostavka tkivnog inženjerstva da će primena prirodne biologije sistema omogućiti veći uspeh u razvoju terapijskih strategija koje imaju za cilj zamenu, popravku, održavanje ili poboljšanje funkcije tkiva“.^[6]

Razvoj u multidisciplinarnoj oblasti tkivnog inženjeringa doneo je novi set delova za zamenu tkiva i strategija implementacije. Naučni napredak u biomaterijalima, matičnim ćelijama, faktorima rasta i diferencijacije i biomimetičkom okruženju stvorio je jedinstvene mogućnosti za proizvodnju ili poboljšanje postojećih tkiva u laboratoriji od kombinacija projektovanih ekstracelularnih matrica („skele“), ćelija i biološki aktivnih molekula. Među glavnim izazovima sa kojima se sada suočava inženjering tkiva je potreba za složenijom funkcionalnošću, biomehaničkom stabilnošću i vaskularizacijom u laboratorijski uzgojenim tkivima namenjenim za transplantaciju.^[7]