Table of Contents

הדחף הקליני של תרופה מבוססת תאים

סוכרת הגיעה לפרופורציות מגפות, עם יותר מ-537 מיליון מבוגרים חיים כיום עם המצב, מספר שצפוי לעלות ל-783 מיליון עד 2045 על פי הפדרציה הבינלאומית לסוכרת.המחלה, המאופיינת בחוסר היכולת של הגוף לייצר או להשתמש ביעילות באינסולין, מוביל להיפרגליקמיה כרונית ומארחת של סיבוכים קרדיוגניים, כולל מחלה לב וכלי דם, ערפילית, רטינופתיה, נוירופתיה, בעוד שטיפולים וסרטן מרפאים בלתי-גנטיסטיים, מונעים, מונעים, מונעים, מונעים לחלוטין, מונעים, מונעים, מונעים, הם מונעים את רמת אינסולין, הם מונעים, מונעים ממחלת דם, הם מספקים טיפול אירוביים לחלוטין, מונעים ממחלת דם, תוך כדי טיפול אירובית, עם טיפול אירובית, עם טיפול אירובית סוכרתיים, עם טיפול אירובית, עם טיפול תרופתית, עם טיפול אירובית, עם טיפול תרופתית, עם טיפול תרופתית, עם טיפול אירובית כרונית, עם טיפול תרופתית, עם טיפול תרופתית כרונית, עם טיפול תרופתית, עם טיפול תרופתית, מונעים לחלוטין, עם טיפול תרופתית, עם טיפול אירובית, עם טיפול אירובית, עם טיפול אירובית כרונית, מונעים, עם

המגבלות של ניהול הסוכרת הנוכחי מספקות רציונליות רבת עוצמה לטיפול בהחלפת תאים.אפילו המשאבות המתקדמות ביותר לאינסולין ומוניטורים של גלוקוז רצופים (CGMs) פועלים באופן תגובתי, לא מסוגלים להתאים את הסוד המהיר והקדם-מסוגל של אינסולין וגרוטגון מרופאת לבלב מולד (CGM) היא מאבק קבוע נגד גמישות גליקולארית, עם הסיכון של חיים קשים, אשר משפיעים על טיפול פסיכולוגי.

מגבלות של Transplantation

השתלת הלבלבות של פאן-אורגנית ופרוטוקול אדנטון להשתלת החתלתת החתלתול הוכיחו את הרעיון כי החזרת מסת תאי בטא יכולה להשיג עצמאות אינסולין.

  • (FLT:0) מחסור באיברים: ההרחבה של התורם: מספר הפנקטה התורם אינו מספיק לטיפול אפילו בשבריר מאוכלוסיית הסוכרת.רק כ-1,000 השתלות הלבלב מתרחשות מדי שנה בארה"ב, בעוד שמיליונים יכולים להועיל.
  • (FLT:0Lifelong Immunosuppression: ⁇ 1) הרעילות של תרופות מדכאות אימונוטיפיות יכולה לעלות על היתרונות עבור מטופלים רבים, הגבלת השתלה לאלה עם יכולת גליקולמית קיצונית או אי ספיקת כליות במקביל.
  • (FLT:0) Islet Graft Attrition:Figal 1: 1) חלק משמעותי של עונים מושתלים אבדו בתקופת שלאחר המעבר המיידי בשל hypoxia, דלקת, והרס המתווך החיסונית, לעתים קרובות הדורשים 2-3 תורמים לנמען.אתר ההיתוך הפנימי המשמש בפרוטוקול אדנטון הוא עוין במיוחד.

מחסומים אלה galvann את השדה של הנדסת רקמות כדי ליצור מקור מחוץ ל- Shelf, מקור מתחדש של רקמת הלבלב פונקציונלי שניתן להשתלת ללא צורך בדיכוי מערכתי. 3D ביו הדפסה מציעה את הדיוק ואת הסקאלה הדרושים כדי להשיג חזון זה.

הפקה: Additive Manufacturing for Living Tissues

ביו-printing 3D חל על עקרונות של ייצור תוספים לביולוגיה, המאפשרת את מדויק, שכבת-על-ידי-שכבות של תאים חיים, ביו-חומרים וגורמי צמיחה לבנות רקמות פונקציונליות.בניגוד להנדסת רקמות מבוססת ספוגים מסורתיים, bioprinting מציעה שליטה שאין דומה על אדריכלות מרחבית, המאפשרת את יצירתם של האיברים המיקרונטומי המורכבים של כמו pancreas.

ה-Bioink: A Tailored Extracell Matrix

הביוינק הוא אבן הפינה של כל תהליך ביו-רייטינגי.הוא משמש גם פלטפורמה בעלת אופי פיזי ופלטפורמת איתות ביוכימית. ביונק אידיאלי עבור רקמת הלבלב חייב לתמוך בכדאיות גבוהה של תאים במהלך ולאחר הדפסה (בדרך כלל > 90%), לספק יציבות מכנית עבור המבנה לעמוד בפני כוחות ההשתלה, ולהציג את רמזים המטריות הנוספות (MEC) כדי לקדם הישרדות תאית, לשמש גם את התכונות האופייניות של הגמישות הספציפית:

  • (FLT:0)Natural hydrogels:FLT:1 Alginate, קולגן, fibrin, חומצה היאלורונית מציעים ביו-גמישות מעולה ונכסים מכניים מחוננים. Alginate, במיוחד, משמש נרחב בשל הקינטיקה הג'ל עדין שלה, תכולת מים גבוהה, ויכולת להגן על תאים מהתקפה חיסונית כאשר הוא חוצה עם סידן, עם חלבונים אחרים, לעתים קרובות עם מוטיבים.
  • (FLT:0) Decreatic ECM (dECM): דרבירד מרקמות הלבלב הילידים באמצעות decellization מבוסס הרתעה, bioMinks dEC לשמור על תערובת מורכבת של חלבונים, Proteoglycans, וגורמי צמיחה ספציפיים מבחינה ביולוגית לנישה הלבלבית.
  • (FLT:0Functional Synthetic Polymers:BuildFLT) 1 פולי(אתילן גליקול) וחומצה פולי (lactic-co-glycolic) (PLGA) ניתן להנדס עם רצפים ביו-אקטיביים (למשל, RGD עבור דבקות תא, VEGF עבור vascularization) כדי לספק סביבה דינמית לחלוטין.
  • (FLT:0)Composite Bioinks:FLT:1 משלב חומרים טבעיים וסינטטיים, למשל, alginate עם PEG או dECM עם ג'לטין methacryloyl (GelMA), מאפשר כוונון עדין של נוקשות מכנית, קצב ההשפלה, ואינטראקציות ביו-מריצה תא.

טכנולוגיות ל Pancreatic Tissue

כמה שיטות הדפסה ביולוגית נחקרות על ידי ייצור של מבנים פנוקריטיים, כל אחד עם כוחות ומגבלות נפרדים.בחירה של טכנולוגיה תלויה ברזולוציה הנדרשת, בקנה מידה, סוג התא.

  • (FLT:0)Extrusion-based Bioprinting (EBB): FLT:1 השיטה הנפוצה ביותר בשימוש נרחב, EBB משתמשת ב- pneumatic או מכנית כדי להפקיד סדקים רצופים של ביובק.הוא מציע יכולת גבוהה ויכולת להדפיס ממדים רלוונטיים קלינית (מכירורגים), מה שהופך אותו המועמד המוביל לייצור phencrecalgras Coa-a-xial לא מאפשר מבנים של מתכת.
  • (FLT:0Droplet-based Bioprinting (Inkjet): 1FLT:1 טכניקה זו מפצה טיפות פיקטורט של ביונק עם מהירות גבוהה ורזולוציה (רמת תאיים של תאים) הוא מצטיין ביצירת spheroids תאים תאים, microtissues, ותבניות של סוגים מרובים של תאים במערך גבוה עבור בדיקות סמים, עם זאת, לבנות עוצמות גדולות יותר למגבלות.
  • (FLT:0)Laser-Assised Bioprinting (LABIRLT:1 LAB מספק פתרון תאים יחיד יוצא דופן ויכול להדפיס ביו-inks מולקווס ללא צורך תאים ללחץ גדול, שמירה על יכולת תאי גזע.עם זאת, הפלט שלו נמוך, הגבלת היישום שלו עבור רקמות גדולות.
  • (FLT:0Digital Light Processing (DLP): ההרחבה 1 (שימוש במקרן דיגיטלית ל- photocrosslink bioink Layer-by-layer, DLP משיגה מהירויות גבוהות מאוד (שניים לשכבה) והחלטות (עשרות מיקרומטרים) זה מעניין במיוחד ליצירת רשתות vascular מורכבות בתוך מבניות הלבלב באמצעות ערוצי הדפסה או שימוש ב-Dentialatives כדי לחקות חומרים מורכבים ל-DLP.

הנדסה מיקרו-סביבה Pancreatic Microenvironment

ה- Native pancreatic is a ⁇ -Or מאורגנת מאוד, לא אשכול פשוט של תאי בטא.תפקודו תלוי באופן ביקורתי במיקרו-סביבה הייחודית שלו, אשר חייב להיות recaprated בנאמנות במבנה ביו-מוטבע.

המטריקס ה-Iyt Extracell ו-Vircular Niche

בתוך הלבלב, תאי בטא מוטבעים ב ECM מיוחד המורכב מלמין, קולגן IV, ופיברנectin, אשר נקשר קולטנים integrin על פני השטח התא.אינטראקציות אלה חיוניות להישרדות בטא תאי, התפשטות, גלוקוז-stimection על רמות גלוקוז מהירות של פחמן חד-חמצני.

משלוח חמצן ותמיכה מטאבולית

תאי Beta פעילים מאוד רגישים להשערה.ב- Native islet, מתח חמצן נשמר ב 40-60 מ"מHg. Bioprinted מבנים חייב לטפל בזה מההתחלה.גישות כוללות הטמעת ביו-חומרים המיוצרים חמצן (למשל, סידן peroxide), שילוב של נשאי חמצן כמו perfluorocarbons, או שימוש בטכניקות טרום-דלקתיות השבורות הראו כי יש השפעה עדכניתנית (Crosicicic) עם גורמים המכילים תרכובות (Crostogenic) עם חומרים המכילים) עם חומרים המכילים תרכובות (Crosicogenic) יכול להגביר את זה יכול להגביר את זה יכול להגביר את זה יכול להיות מדבקת) עם חומרים מזיקים (Crostogenic) עם חומרים מזיקים (מדבקות).

« « «צלב פנימי והורמוני

ה- Islet הוא גם פנימי עשיר על ידי עצבים ארגונומיים, אשר משנה אינסולין ופרשת glucagon. בעוד לעתים קרובות להתעלם מחקרים מוקדם bioprinting, שילוב תאים עצביים או גורמים נוירוטרופיים עשוי להיות הכרחי עבור לטווח ארוך graft פונקציה.בנוסף, אינטראקציות paracrine בין אלפא, בטא, ו-PP בתוך ה- הוא קריטי עבור גלוקוז רגיל ביתית, מאפשר שיפור תפקוד תאים דרמטי של תאים.

מקורות תאים עבור Islets מודפסים

הבחירה של מקור התא היא קביעת קריטית להצלחה קלינית.מקור התא האידיאלי חייב להיות בשפע, גלוקוז-responsive, בטוח, ו-חוסן.

  • (FLT:0) ,Primary Human Islets:FLT:1 סטנדרט הזהב של הפונקציה, אבל המחסור שלהם מונע שימוש נרחב. Bioprinting יכול, עם זאת, לשפר את ההשבחה ואת הפונקציה של תאים ראשוניים יקרים אלה על ידי מתן רשת ECM וvascular מותאם אישית, ביעילות להפחית את מספר התורמים הדרושים לחולה.
  • (FLT:0) תאים תא-Derived Beta Cells (תאים של SC-beta): דחיית תאים אנושיים בשפע (iPSCs ו- ESCs) ניתן מונחה באמצעות פרוטוקול שונה בדרגה גבוהה יותר אשר מחקה התפתחות עוברית אדסנסטית ספציפית כדי לייצר תאים המייצרים אינסולין מוקדם.
  • (FLT:0) באופן מהנדסי Hypoimmune Cells:leaFLT 1 על ידי דפקעת בטא-2 microglobulin (B2M) כדי לחסל את שיעור ה- MHC I ביטוי יתר ביטוי חלבונים immunomodatory כמו PD-L1 ו- CD47, החוקרים יכולים ליצור תאים "תורמים חד-צדדיים" שאינם נראים למערכת החיסונית המארחת.
  • מקורות אקסנוגניים: FLT:1 ; פורקסטין נחשב כחלופה בשפע, אבל הם נושאים סיכונים של זיהומים זונוטיים ודורשים דיכוי חיסוני. הנדסה גנטית (למשל, דפק של אפיפי אלפא-גלטופים) הפכו אותם לאמונוגניים פחות, ו bioprinting יכול להגן עליהם עוד.

לימודי פאן-קריט Bioprinting

בחמש השנים האחרונות ראו האצה במחקרי הוכחת-התפיסה הממחישים את האפשרות ואת יעילותם של מבנים פאן-קריטיים מוטבעים, הן ב vivo והן ב vivo.

הדפסה עבור Vitro Disease Modeling and Drug Screening

(בספרדית: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

Islets מודפסים ומוספדים ממקרי סוכרת ב- Vivo

מחקר מרכזי הדגים את השתלת של שדות pre-vascularized, bioprinted לתוך עכברים סוכרתיים.חוקרים השתמשו מדפסת מבוססת-העת עם ביונק מקודש (Pluronic F127) כדי ליצור מיקרו-ערוצים בהקמה.תאים אנדלוסיים היו משותפים ובאופן ספונטני יצרו רשת vascular.

מודלים בעלי חיים גדולים ו- Immunoprotection

מעבר לתרגום קליני, מחקר שנערך לאחרונה השתלות ביו-מוטבעת נבנה לתוך חולי סוכרת שאינם אנושיים ראשוניים.הבניות היו מחלחלים בתוך מזכר ביו-אי-תואמים, אימונוגני (בסיס אלגנטי) אשר חסום תאים חיסוניים בעת מתן גלוקוז ואינסולין לעבור.החיות הפגינו שיפור שליטה גליקולמית מופחתת דרישות אינסולין אקסוגניות במשך חודשים ספורים ללא דיכוי מערכתימנטלי מתקדם שבו הם כוללים חומרים מתקדמים: "מפוסקים" 1Date" 1Date חומרים מתקדמים יותר משקף את החומרים ה-מחדשניים.

שילוב עם מכשירים חכמים וביוסנסורים

עבודה מתפתחת משלבת רקמות הלבלביות עם ביוסנסים גמישים ואלקטרוניקה אלחוטית.לדוגמה, החוקרים יש משטחים ביו-מוטבע על שבב מיקרו-השפעהיד עם חיישני גלוקוז משולבים, יצירת " pancreas מבוקשים" שיכול לחוש גלוקוז ושחרור אינסולין על הביקוש.הרעיון הזה יכול להתפתח למערכת סגורה.

התגברות על הלקחים הקליניים

למרות ההתקדמות המרשימה הזו, אתגרים מדעיים, הנדסה ורגולטוריים משמעותיים נותרו לפני רקמות הלבלביות המוטבעות בגלימה הופכת לטיפול סטנדרטי לסוכרת.

דחייה ותגובה גוף זר

אפילו עם תאים hypoimmune או מכשירים acapsulation, התגובה גוף זר המארח (FBR) נשאר מכשול עצום. Macrophages ו fibroblasts יכול לדבוק השתל, המוביל לפיברוזיס ואת בידוד בסופו של דבר של הגרעת מן הvasculature שמסביב, זה גבולות קפסולה fibroic ספוגים חמצן ומניעה את הגלוקוז המהיר הנדרש עבור אינסולין פיזיולוגית, כגון ציפויים דלקתיים דלקתיים.

בטיחות ו Tumorigenicity

השימוש ב- iPSCs נושא סיכון מאוחר של היווצרות של teratoma אם כל תאי גזע לא שונים נמשכים במוצר המוטבע הסופי.Rirorous Quality control, זרימת cytometry מיון (למשל, שימוש בסמן משטח כמו CD9 עבור תאים לא מזוהים), ואת שילוב של אסטרטגיות גנים התאבדות (למשל, הערכה של cytometryscitometry) נדרשים כדי להבטיח את הגוף לטווח ארוך של תאים חשמליים (דלקתיים) ו- תאים).

ייצור סקאלה וקידום

אוטומציה ומדפי תהליך הביו-printing לייצר מיליוני מינונים טיפוליים בשנה הוא אתגר הנדסי מונומנטלי. Good Manufacturing Practice (GMP) תאימות דורש שליטה מחמירה על התרבות התא, ביוינק, קומפוזיציה, פרמטרים הדפסה ואבטחת איכות. ביו-הדפסים הנוכחיים יכולים לייצר כמה מבנים לשעה; קנה מידה ייצור ידרוש מקבילה ורובוטיקה.

מתינות תפקודית וארוכותיות

בעוד שתאים SC-beta השתפרו, הם עדיין חסרים את הבגרות המטבולית המלאה של תאי בטא ראשוניים. Achieving, עמידות לאינסולין שיכול להסתגל באופן דינמי לשינויים ברגישות אינסולין לאורך שנים או עשורים הוא המטרה התפקודית האולטימטיבית.המבנה הביונדנט חייב גם לשמור על שלמות מבני שלה ואת הרכב התאי לטווח הארוך, הדורש שילוב אופטימלי עם מערכת הריבוי ומבנה הפנימי של חיות.

מסלולי התפטרות ועיצוב ניסויים קליניים

רקמות הלבלביות מוטבעות מייצגות מוצר משולב (device + biologic) הדורש מסלול רגולטורי מורכב.מרכז ה- FDA להערכה ומחקר (CBER) לפקח על מוצרים כאלה.הקמה של מדדים איכותיים ברורים - כגון מספר תאים מינימלי קיימא לבניית תאים, סודיות אינסולין עבור תאים מחוץ לתא למשך שעה, והיעדר תאים מחוץ ל-target - יהיה קריטי.

כיוונים עתידיים: הפנקרות המלאכותיות של Bioa

החזון לטווח ארוך הוא ייצור של pancreas פונקציונלי לחלוטין.זה כנראה כרוך ביו הדפסה של פיגוולד המכיל את כל סוגי התא של ה- Halet (alpha, beta, delta, ו-PP תאים), בשילוב עם מערכת משולבת בנוי-בוסקולרית מודפסת תאים מאולתרים או אוניברסליים, ובתוך an חיסוני-evasembramne.

ניתן לשלב את ההמרות העתידיות עם מכשירים חיצוניים, המספקים שליטה על סודיות הורמונלית ואוטומטית "Gland-in-a-box" פלטפורמות שיכולות לתקשר באופן אלחוטי עם מכשירים חיצוניים, המספקות שליטה על בסיס דרישה על גבי סודיות הורמונלית.לדוגמה, מבנה ביו-מוטבע יכול לשלב רשת מיקרו-השפעה עם חיישני גלוקוז ומיקרו-קטרטורים ביולוגיים, אשר מייצרים אינסולין או glucagon המבוססים על קריאה בזמן אמת.

תרופה אישית היא עוד גבול: באמצעות iPSCs ספציפיים לחולה כדי ליצור תאים שלlet כי הם אוטולוגיים (או hypoimmune), בשילוב עם הדפסה ביולוגית המבוססת על האנטומיה של המטופל מהנתונים הדמיה.עם זאת, העלות והזמן שנדרש כיום להגביל גישה זו.התקדמות ב transidiation המושרה (למשל, המרת תאי הכבד של המטופל לתוך תאים הלבלב) יכול על ידי תאים ביניים.

לבסוף, בינה מלאכותית ולמידה של מכונה משמשים יותר ויותר כדי לייעל פרמטרים של הדפסה ביולוגית, עיצוב ביונק יצירות, וחיזוי התנהגות תאים.כלים אלה יכולים להאיץ את זיהוי תנאי הדפסה אופטימליים עבור מבניית ה-functional.

מסקנה

הדפסה ביולוגית תלת מימדית של תאים הלבלביים מייצגת שינוי פרדיגמטי בחיפוש אחר תרופה לסוכרת פונקציונלית. על ידי כך שתאפשר בנייה מדויקת של רקמות המחקות את הקטריות של Native הוא microenvironment, טכנולוגיה זו מתייחסת לחסרונות הקריטיים של השתלת התקני התקני התקניים הרגילים, ככל הנראה, לזרז את הרקמות הביולוגיות הפשוטות של תהליכי בטיחות תאיים, לכדי מבנה מורכב, פולשני שיכול לשחזר ולאמומיהופת מודלים של מזון לטווח ארוך, תוך כדי להבטיח מראש, תוך כדי להבטיח כיבוי של תרופות לטווח ארוך, תוך כדי הגנה על פני כדור הארץ, תוך כדי שיפור קבוע של אבטחה, תוך זמן קצר של אבטחה, בטווח הארוך, עבור פתרונות אבטחה, בטווח הארוך, בטווח הארוך, בטווח הארוך, עבור תרופות ביולוגי, לטווח הארוך, עבור טיפול תרופתי, עבור טיפול תרופתי, לטווח ארוך טווח של אבטחה לטווח הארוך, לטווח ארוך של בטיחותי, לטווח הארוך, לטווח הארוך, לטווח הארוך, לטווח ארוך של בטיחותי של אבטחה לטווח ארוך של אבטחה לטווח ארוך של אבטחה לטווח ארוך של תרופות לטווח ארוך של תרופות לטווח ארוך של תרופות לטווח ארוך של תרופות, הוא מבטיחות של תרופות לטווח ארוך של אבטחה לטווח ארוך של תרופות לטווח ארוך של תרופות לטווח ארוך של בטיחות, הוא מבטיחות, לטווח ארוך של אבטחה