סוכרת מסוג 1 סוכרת מסוג 2 (T2D) וסוג מתקדם סוכרת מסוג 2 (T2D), מייצגת משבר בריאותי גלובלי המונע על ידי אובדן או תפקוד לקוי של תאי בטא המייצר אינסולין בתוך הפנוקריטית של לגולרהנים, בעוד טיפול כירורגי אקסוגני נשאר רמת הטיפול התפקודי לאורך מאה שנים לאחר גילויו, הוא אינו יכול לשכפל את רמות השליטה הדינמיות, הגלוקוז-רפואית על ידי דלקת דם חמורה, כולל דלקת ריאות חמורה, כולל דלקת ריאות.

2D ביולוגיה עד 3D מיקרוניום

הנדסה מסורתית רקמות לעתים קרובות לעקוב אחר גישה מלמעלה למטה, שבו תאים מושרשים על טרום-fabricated, רב פיגומה בתקווה שהם יאוכלסו וארגן את עצמם כראוי. בעוד שימושי עבור רקמות מסוימות עם מבנים פשוטים, גישה זו מאבקים לשכפל את תאי מיקרו-ארכיטיס מורכבים תאים מיוחדים microica-תא (מסוגים צלולים) של איברים מורכבים כמו הלבלבים.

הנדסת רקמות מודולרית מציעה שינוי פרדיגמטי לעבר אסטרטגיה של הלמטה-up. במקום לבנות את המבנה כולו בבת אחת, יחידות רקמה קטנות ופורמות מראש - או מודולים - מוטבעים באופן אינדיבידואלי ולאחר מכן מקובצים למבנה גדול יותר, פונקציונלי. שיטה זו מעניקה שליטה חסרת תקדים על ארכיטקטורת הרקמות הסופית, הרכב התאי, ופוטנציאל הvascular-indols.

עקרונות הליבה של biofabrication

יעילותה של הנדסת רקמות מודולריות מסתמכת על מספר עקרונות קשורים:

  • (FLT:0) בקרת קדם: FLT:1 על ידי שליטה על הרכב של כל מודול (למשל, יחס של תאי בטא לתאי קצה, אדריכלות רקמות הכוללת ניתן לכוונון היטב.
  • (FLT:0)איכותיות: ניתן לייצר מודולים 1:1 בכמויות גדולות באמצעות מערכות אוטומטיות (למשל, מיקרו-השפעה, מיקרו-קלידים, מערך מיקרווול), ולאחר מכן לקבץ מבנים של גודל קליני רלוונטי (מיליוני מקבילות של סלקציה דרושים לחולה).
  • (FLT:0) inherent Vascularization:FLT:1 מודולים המכילים תאים endothelial או גורמים פרו-אנגיוגניים יכולים להיות נועדו לרשתות מיקרו-vascular טרום-form או לגייס במהירות vasculature מארח על השתלה, מעל חמצן קריטי ומגבלת דיפוזיה תזונתית (- 150-200 מיקרומטרים).
  • (FLT:0) זמינות תאים:FreaLT:1 כי מודולים הם קטנים, תאים בתוכם יש גישה אופטימלית חמצן וחומרים מזינים במהלך התרבות ומיד לאחר ההרכבה, צמצום היווצרות הליבה הערפילית המגיפה על גדול יותר, פיגומים גדולים יותר, גדולים.
  • (ב) האסיפה הגבוהה של תפוצה:0) , באמצעות חישוב: 1 טכניקות כגון אריזה אקראית, ייצור מכוון ו- 3D bioprinting מאפשרות שילוב מהיר של אלפי מודולים לתוך גניבת כפייה.

בניית ה- Pancreatic Niche: חומרים, תאים ומיקרופלודיקים

יצירת איבר פנוקריטי פונקציונלי דורש יותר מסתם אשכול של תאי בטא.זה דורש שחזור של נישה כל הlet, כולל תמיכה סוגים תאים, סביבה ECM מתאימה, ורשת פולשנית בלתי ניתנת לפזורה.

מקורות תאים עבור מודולים Pancreatic

אבן הפינה של כל איברמינו הוא התאים שלה. עבור יישומים הלבלביים, המקור האידיאלי חייב להיות מתחדש, מדרגי, ומסוגל להזייף, סודיות אינסולין תגובתית גלוקוז.

  • תאים סטרם (PSCs):0 (pLT:0) תאי גזע עובריים אנושיים (hESCs) ותאים גזע בשפע (iPSCs) הם המקורות המבטיחים ביותר.פרוטוקולים של הבחנה מתקדמת, החלישו במקור על ידי מעבדת מלטון ואחרים, עכשיו ליצור תאים פרוגניטיביים פאן-גנטיים, להיות תאים מודרניים אלה, כמו תאים מוקדמים יותר, הם תאים סרטניים (מתאים מתקדמים).
  • (FLT:0) תאים סטרים ו Transcompidiation:FLT 1 Resident pancreatic progenitors או תאים ductal מבוגר ניתן להרחיב ולבודד. בדומה, תאים אלפא בתוך הלבלב של המטופל יכול להיות transcreas להיות transed לתוך תאים בטא.
  • (FLT:0) תאים:FLT:1 , איבר פונקציונלי דורש תאים endothelial (למשל, תאים נוסטליים של הווסטלימיים של האדם, תאים אסימפטומטריים iPSC-derived Endothelial) כדי ליצור רשתות vascular, ותאים גזע mesenchymal (MSCs) לספק תמיכהטרופית, ECM סודי, ו-Compleing תאים אלה הוא ישר לתוך תאים חיסוניים.

Biomaterials כמו Modular Blueprint

המרטריקס הנוסף אינו ממלא פסיבי; הוא מספק רמזים ביוכימיים וביופיסיקהיים קריטיים שהתנהגות תאים ישירה.בהנדסת רקמות מודולרית, הביו-חומרי מגדיר לעתים קרובות את המודול עצמו.

  • (FLT:0)Natural hydrogels:FLT:1 חומרים כמו קולגן, fibrin, ואלג'ינאטה משמשים נרחב. Alginate, נגזר מ Seaweed, הוא אטרקטיבי במיוחד עבור יישומים pancreatic בגלל הג'ל עדין שלה, ביו-גמישות, ויכולת לנפץ תאים תוך הגנה מפני התקפה חיסונית, מרתקת מרתף membrane מפני אתגרים חזקים אחרים, אך תומך באיברים עמידים, אך ורק באיברים עמידים אחרים, אך תומך באיברים עמידים באיברים עמידים באיברים אחרים.
  • (FLT:0Synthetic hydrogels:FreaLT:1 ; Polyethylene גליקול (PEG) מבוסס הידרוגלס מציעים אלטרנטיבה יותר מוגדרת וטונה.חוקרים יכולים לשלב peptides ספציפיים adhesive (למשל, RGD) ו degradable crosslinkers כדי לאפשר תאים לעצב מחדש את הסביבה שלהם.זה מאפשר מחקר שיטתי של איך מטריקס חזק ותפקוד נוקשות (atraicity) ואפקט נוקשות (astration celllinkers).
  • (FLT:0)Decellized ECM (dECM): ראטמב 1 דרבירד מצוואר הרחם או הלבלב האנושי, dECM מספק קוקטייל מורכב, ספציפי רקמות של גורמי צמיחה וחלבונים מבניים.זה יכול להיות מעובד לתוך הידרוג או חלקיקים המשמשים כמודולים ספציפיים לרקמות טבעיות.

טכנולוגיות ייצור מודול

יצירת מיליוני מודולים אחידים, פונקציונליים דורש כלי ייצור מתוחכמות.

  • (FLT:0Microwell Arrays:FLT:1 ; t-adhesive microwells (למשל, מ PDMS או agarose) משמשים כדי לכפות תאים לתוך מצטבר של גודל מוגדר.זה הטכנולוגיה של עבודת הכפייה לייצור גופים עובריים אחידים ומחקו את העפעפיים.
  • (FLT:0Microfluidics:FLT:1 Droplet microfluidics יוצר monodisperse, מיקרוגל תאים עם שליטה מדויקת בקוטר.תאים ניתן לחדור בתוך הפלט הידרוגל, המאפשר יצירת מיליוני מודולים זהים לשעה. שיטה זו היא מאוד מדרגית ומאפשרת עבור ניסויים ברוכיט או שילוב.
  • (FLT:0)Cell Sheetseur:FLT:1 תאים הם תרבות על פולימרים עמידים בטמפרטורה (כמו פולי(N-isopropylacrylamide) ושוחרר כמו גליונות שלמים.
  • (FLT:0) 3D Bioprinting: FLT:1hil בעוד לעתים קרובות נחשב גישה נפרדת מלמעלה למטה, bioprinting ניתן להשתמש במיקרו-סול כדי להדפיס מודולים בודדים או בדיוק מקום לפני-צורה הרצויה "Bio-inks" טעון עם תאים מפורשים או מקודשים לתוך גיאוגרפיות מוגדרות, המאפשר לשלוט ישירות על הארגון המקרו-סולק של ה-מפט.

שילוב של Modular: From Micro-Tissues to Macro-Grafts

ברגע שהמודולים הבודדים (למשל, beta cell spheroids, microgels מוצפים תאים, MSC מצטברs) מוכנים, הם חייבים להיות מקובצים לתוך cohesive, פונקציונלי, ו-Orable איברים.השיטת ההרכבה מכתיבת ישירות את ארכיטקטורת הרקמות הסופית וביצועיה vivo.

חבילות חדשות נגד האסיפה הישירה

שיטת ההרכבה הפשוטה ביותר היא אריזה אקראית.מודולים ממוקמים בתוך ביולוגיה של היתוך או עובש ומאפשרת להתיישב לתוך מסה צפופה, קומפקטית.כפי שהם יוצרים קשר אחד עם השני, הם מתמזגים או לדבוק.זה הוא מהיר ופשוט, אבל האדריכלות המתקבלת היא סטוצ'יסטיקה.עבור istlets, אשר הם באופן טבעי spherical ופונקטיבי, באופן עצמאי, אריזה של הוא בגודל של "על-קורטיזטורגני" גדול יותר יכול להיות יעיל כדי לגרום vastivated.

שיטות ייצור ישירות מציעים שליטה מעולה.כוחות מגנטיים (באמצעות מודולים מגנטיים), גלים אקוסטיים, או מתח פני השטח ניתן להשתמש כדי לארגן מודולים לתוך דפוסים ספציפיים. 3D bioprinting לוקח חתירה לרזולוציה הגבוהה ביותר שלה, ומאפשר מודולים להיות ממוקם בדיוק בתוך ממטריקס ג'ל.זה מאפשר יצירת פגז עם אזורים מוגדרים (למשל, הליבה של vascular מוקף תאים beta, עוד encapscaps על ידי immunosprotective).

התפקיד הקריטי של ואקלוריזציה

אולי האתגר הגדול ביותר ביצירת איברים גדולים ועוביים מספק חמצן וחומרים מזינים מספיקים.הגוף האנושי פותר זאת באמצעות רשת קפילארי צפופה, שבה אין תא יותר מ- 100-200 מיקרומטר מספינת.

  • (FLT:0) קדם-חילון: תאים אנדואליים 1 אנדולואליים הם משותפים בתוך המודולים או כמודולים נפרדים, טהורים. במהלך הרכבה וההתבגרות בביולוגי, תאים אלה יכולים להתארגן בעצמם לרשתות דמויות-כנפיים אשר מחלחלים את המבנה עוד לפני השתלה.
  • (ב) [ה][דרוש מקור]] ב[[1924]], [[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]], [[[[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[1924]]]]]]
  • (FLT:0Microfluidic Perfusion Culture: ההרחבה 1) לפני ההשתלה, ניתן לבנות את המבנה ההתאספות במכשיר מיקרו-השפעהי אשר באופן פעיל מחלחל דרך החללים הבין-מודולאריים.זה מספק גירוי מכני, תחבורה תזונתית משולבת, הסרת פסולת, אשר הם חיוניים להתבגרות והישרדות של מבנים גדולים.

אינטגרציה ואינטגרציה פונקציונלית

תוך כדי לכידת המודולים הוא רק הצעד הראשון.המבנה חייב להיות בוגר כדי להשיג סודיות אינסולין יציבה, גלוקוז-responsive.זה כרוך בהבחנה נוספת של פרוגנציטורים תאי גזע לתוך תאים ב בטא בוגר לחלוטין, הקמת צומת פערים חזקים ואת מגעי תאים לתאי תאים עבור איתות סידן מתואמת, ואת שילוב של תאים אנדוקרניים עם רשת vascular.

שלב ההבשלה מתרחש ביולוגיים מיוחדים המחקים את הסביבה ב vivo. דינמי זרימה, מתח חמצן מבוקר (המשכילה פיזיולוגית ללא היפרקסיה), ותוספת של גורמי הזדווג (למשל, T3, N-acetylcysteine) הם קריטיים. במהלך תקופה זו, המודולים והמודל מחדש, ויצרו יחידה אחת פונקציונלית עם ארכיטקטורה משומרת.

תרגום קליני: יתרונות, אתגרים, והדרך קדימה

הגישה המודולרית כוללת הבטחה עצומה להביא טיפול בתחליפי תאי בטא פונקציונליים לחולים, אך מכשולים משמעותיים נשארים לפני שהוא יכול להפוך למציאות קלינית מרכזית.

יתרונות אסטרטגיים לטיפולים

  • (FLT:0) תרופות מותאמות אישית:FLT:1 שימוש ב-iPSCs המטופל כמקור התא, בשילוב עם הרכב מודולרי, מאפשר יצירת של אוסטרואידים אוטוביוגרפיים, ביטול הצורך בדיכוי חיסוני כרוני.למרות יקר וזמן-consuming, זה מייצג את הטיפול המותאמים אישית האולטימטיבי.
  • (FLT:0) Allogeneic "Off-the-Shelf" מוצרים:FLT:1 באמצעות קו iPSC מוכר היטב, אוניברסלי (למשל, תאים hypoחיסונים המהנדסים כדי להתחמק ממערכת החיסון) בשילוב עם אסטרטגיות קידוד מודולרי (למשל, Alategin hydrogels) מאפשר ייצור המוני של מוצר סטנדרטי.
  • (FLT:0)Immune Isolation:FLT:1 מודולרי המלווה את עצמו באופן מושלם כדי encapsulation. A כל איבר יכול להיות מדבק עם membrane למחצה (למשל, alginate, PEG) המאפשר גלוקוז אינסולין לעבור תאים חיסוניים נוגדנים זה, הראשון תוקף על ידי מכשיר UNICCte מבודדים של תאים זעירים של נוגדנים, אשר יכול להגן על ידי תאים זעירים של נוגדנים עצמיים של נוגדנים.
  • (FLT:0Spatial Organization for Function:FLT:1) השיטה מודולרית מאפשרת לחוקרים לשלוט בדיוק ביחס של בטא:alpha:delta:endotalial תאים.לדוגמה, שיפור שיעור תאי אלפא במודול הוכח כדי לשפר את ההיענות הגלוקוז של תאי בטא, כמו paracrine glucagonings להיות תאים להיות להגיב גלוקוז בצורה ייחודית של שליטה.

התמודדות עם אתגרים קריטיים

למרות ההתקדמות, יש להתגבר על כמה מכשולים:

  • (FLT:0) אווה של גרף לעומת Graft Survival:of: 1:1 Hypoחיסוניםogenicעריכה (למשל, דפק של B2M ו- CIITA) מונע זיהוי תא T, אך גורם תאים פגיעים לתאי רוצח טבעיים (NK) שילוב עריכת גנים עם חומרים ביו-חומריים חכמים המשחררים cytokines (למשל, ILG, , , , טרה-F) הוא תחום מחקר פעיל של T.
  • (FLT:0)Hypoxia ו Necrosis:Builda:cioFLT:1 בעוד עיצוב מודולרי משפר העברת המונים, מבנים גדולים עדיין עומדים בפני תקופה של hypoxia לפני vascularization הוא שלם. Preloading מודולים עם חלקיקים שיוצר חמצן (למשל, סידן חד תחמוצת) או תאים הנדסיים כדי לבטא רמות גבוהות של cytoprotective (למשל, Hifa1) יכול לשפר הישרדות.
  • (FLT:0) איכות ועלויות ייצור: FIRLT:1) הקטנת מיליוני מוצרים איכותיים, פונקציונליות שווה ערך עבור מטופל יחיד (ואולי אלפי חולים) דורש קפיצת תקדים ביכולות הייצור.אוטומטי ייצור מודול מיקרו-השפעה ומערכות סגורות, ביולוגיים GMP-compliant מפותחים כדי לטפל בזה.
  • (FLT:0) בטיחותיות ו Tumorigenicity:FreaLT:1) הסיכון להיווצרות של teratoma מתוך תאים שונים שאינם מזוהים הוא דאגה בטיחותית קריטית.פרוטוקולים של הבחנה מתקדמת הניבועים > 99% אוכלוסיות תאים טהורים, יחד עם מתגי בטיחות גנים (למשל, Cspase-9), חיוניים לתרגום קליני.
  • (FLT:0) רגולציה ואיכות Assurance: ⁇ FIRECT 1 (FDA, EMA) מתאימים למוצרים מורכבים (תאים + ביו-חומרים + מכשירים) לדגום הרבה עקביות, סטריליות, ועוצמה פונקציונלית של מבנה חי מודולרי מורכב משמעותית יותר מאשר תרופה מסורתית או מכשיר LT2: RM של טיפול מתקדם (R) הוא מסייע לפיתוח מתקדם של תרופה (R)

העתיד הוא מודולרי: לקראת פאניקה מלאכותית

ההתכנסות של הנדסת רקמות מודולריות, ביולוגיה סינתטית ומדע ביו-חומרים היא מאיצה את הפיתוח של הלבלב מלאכותי פונקציונלי. במקום מכשיר מונוליטי יחיד, העתיד עשוי להיראות כמו "גרפה" בקפידה של תאים חיים מודולריים.היכולת לשלוט בדיוק המיקרו-סביבון, לשלב רשת vascular, ועיצוב חיסונית עבור קבלה מספקת גישה מודולרית של צורות אחרות של טיפול תא.

מאמצים משמעותיים במחקר מתמקדים בקידוד "שורה מאוחרת" עבור אלה איברים.הפיתוח של פלטפורמות סינון בעלות גבוהה באמצעות חישוב שמשתמשים במיקרו-קלידייקים כדי לבדוק מיליוני יצירות מודול יזהו במהירות את השילוב האופטימלי של סוגים תאים, קשיחות מטריצה, ואותות פרקרינין הדרושים לתפוקה מקסימלית אינסולין.

ארגונים כגון FLT:0JDRF (Juvenile Diabetes Research Foundation)FLT:1 ממשיכים לממן מחקר קריטי בתחום זה, הכרה בפוטנציאל של פתרונות ביו-מנועיים.העבודה של מעבדות מובילות, כולל אלה המתמקדים ב-FLT:2vascularized אונרקוליים מערכות ומודולריות של ארקטוס 3, מספק בסיס חזק של חברות כמו Verex הם יכולים להיות מתרגמים לניסויים קליניים עם תוצאות פונקציונליות.

לסיכום, התחום של הנדסת רקמות מודולריות עבר מעבר לתפיסה תיאורטית למתודולוגיה מעשית ורבת עוצמה ליצירת איברים פנוקרטיים פונקציונליים. על ידי שליטה בביולוגיה של בלוק הבניין וההנדסה של קו הייצור, החוקרים מתקדמים בהתמדה לקראת טיפול חוזר, בטוח ויעיל עבור סוכרת, בעוד אתגרים בקנה מידה, hypoxia, ו- ⁇ החיסונית הם לא-ריבית, מספק את הכלי המדויק של טיפול סלולרית של טיפול סלולרית חיוני כדי לשלוט על ידי טיפול סלולרית של טיפול סלולרי אחד.