diabetic-friendly-recipes
연구원은 Islet Cell Production에 3D Bioprinting을 사용하고 있습니다.
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소개: 당뇨병 치료에 있는 새로운 국경
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아일렛 셀과 당뇨병의 역할 이해
랑카르의 쇠약을 칭하는 endocrine 세포의 클러스터를 포함합니다. 각 인간 입구는 50-60% beta 세포] (인슐린을 일으키기), 30-40% ] 알파 세포] (글루곤 beta), 델타 세포 ] 궤양의 혈소를 파괴하는 것은, 그러나 혈소를 파괴하는 것은, 혈소를 위한 가장 중요한 부분입니다.
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Islet Cell Production을 위한 3D Bioprinting의 약속
3차원 바이오 프린팅은 조직과 같은 구조를 구성하기 위해 정밀 공간 배열에 살아있는 세포, 성장 인자 및 생물 물질을 증착하는 첨가제 제조 기술입니다. 기존 2D 세포 문화와 달리, 이는 네이티브 이슬릿의 복잡한 미생물을 복제하는 데 실패한 생물 프린팅은 three‐차원 건축, 세포 세포 세포 상호 작용 및 산소/nutrient gradients[[FLT:])를 사용하여 다른 세포의 기능을 재구성할 수 있습니다. 이 세포는 이러한 세포의 기능을 사용하여 다른 세포의 기능을 구축하는 데 필수적입니다.
Bioinks: Bioprinted Islets의 건물 블록
이 과정은 ]bioink-생활세포를 캡슐화하고 인쇄 후 구조적 지원을 제공합니다 하이드로젤 기반 소재로 시작합니다. Bioinks는 생체적합성이어야하며, 세포의 증식과 차별화를 통해 셀을 생산하는 제어율에 적합한 유변성 특성을 가지고 있으며, 자체 매트릭스를 생산할 수 있습니다. 그들은 자연적이고 합성 유형으로 분류 될 수 있습니다.
- 자연 생수에는 alginate (해초에서 파생되는), 교원질, hyaluronic 산, 젤라틴 methacryloyl (GelMA) 및 탈수한 pancreatic 여분 세포막 (dECM)가 포함됩니다. Alginate는 급속한 젤화 및 낮은 면역성 때문에 널리 이용됩니다, 그러나 포유 동물성 세포 묶는 motifs.decM를 보존하는 생물 자원의 부족.
- Synthetic bioinks 기능성 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 하이드로젤과 같은 기능성 기계적 특성과 분해율을 제공합니다. 또한 특정 펩타이드(예: 세포 접착용 RGD) 또는 제어 방식으로 성장 인자를 출시할 수 있습니다.
많은 연구원들은 이제 자연과 합성 성분을 결합하여 바이오 틱 및 기계적 안정성을 모두 달성합니다.
인쇄 전략과 기술
여러 생물 프린팅 기술은 탐구되고, 각각의 장점과 제한을 가지고 있습니다.
- 압출 ‐ 기반 인쇄 – 가장 널리 사용되는, 바이오 핑은 공압 또는 기계적 압력에 의해 노즐을 통해 강제된다. 그것은 높은 세포 밀도 (최대 107 셀 / mL)을 제공하고 큰 생성물을 만들기 위해 적합하지만, 가위 응력에 셀을 붙일 수있다. 최근 개선은 코어 쉘 구조를 만들 수 있습니다 동축 노즐을 사용하여 혈관 채널의 제작을 가능하게합니다.
- I 제트(droplet‐based) printing – 열 또는 piezoelectric 펄스를 사용하여 미생물의 미세한 방울을 증착합니다. 그것은 빠르고 여러 셀 유형을 동시에 인쇄 할 수 있지만, 세포 밀도가 낮고 노즐이 발생 할 수 있습니다. 이 방법은 작고 균일한 스플레이드를 만들기 위해 더 적합합니다.
- Laser-assisted bioprinting (LAB)] – 기판에 리본에서 셀 레이트를 전송하는 레이저를 사용합니다. 그것은 높은 해상도와 단일 셀 정밀도를 제공하지만, 더 느리고 더 비싼. LAB는 매우 정의 구조의 작은 숫자를 인쇄하는 데 이상적입니다.
- Microfluidic bioprinting] – 크기와 구성을 정확하게 제어하여 셀 레이트 드롭렛 또는 섬유를 생성하는 마이크로플립 채널을 사용합니다. 이 기술은 최근 고환 연구에서 입증 된 것처럼 분당 수천 개의 균일 한 릿 스테이 이드를 생산할 수 있습니다.
기능적인 고립을 일으키기 위하여, 연구원은 수시로 ]를 인쇄합니다 세포 집단 또는 ]를 이고, 100-300 마이크로미터의 직경과 더불어 organoids]와 같은 구멍 islet ‐ ‐ similar를 네이티브 깔개에 있. 인쇄한 구조는 그 후에 영양과 산소를 훼손하고, 성숙과 인슐린 분비 기능을 승진시키는 생물 자원에서 배웁니다.
Bioprinted Islets에 대한 세포 소스
생물 프린팅된 이슬릿의 성공은 사용된 세포의 품질과 일관성에 달려 있습니다. deceased 도우미에서 1 차적인 인간 이슬릿은 스카르이며 품질에 따라 다릅니다. 따라서 대부분의 연구는 줄기 세포 파생 베타 세포에 초점을 맞추고 있습니다.
- 인간 유도 pluripotent 줄기 세포 (iPSCs)는 환자의 세포 (예: 피부 또는 혈액)에서 파생될 수 있고 insulin ‐producing beta 세포로 차별화됩니다. 이 접근법은 autologous 이식, immunosuppression에 대한 필요를 제거할 수 있습니다. 그러나, 차별화 프로토콜은 완전 성숙하지 않는 복잡한 수율 세포입니다.
- 인간 배아닉 줄기 세포(hESCs)는 무한하게 확장될 수 있는 잘 갖춰진, 풍부한 소스를 제공합니다. Vertex와 ViaCyte와 같은 회사는 hESC‐derived 췌장성 프로젠터를 사용하여 임상 단계 프로그램을 가지고 있습니다. 조직 구조로 이러한 세포를 생체로 추출하면 engraftment와 기능을 향상시킬 수 있습니다.
- Gene-edited Universal donor line은 “off‐the‐shelf” 대안으로 신설되어 있습니다. HLA 유전자를 탈부하고 면역세포를 삽입하여, 연구원들은 수의 면역체계에 의해 인식되지 않는 베타 세포를 만들 수 있습니다. 바이오 프린팅과 결합하면, 이 세포는 표준화, 보편적으로 호환되는 이젤 글래스를 산출할 수 있습니다.
최근 Breakthroughs 및 연구 하이라이트
이 필드는 지난 3 년 동안 극적으로 가속했습니다. 아래는 주목할만한 이정표입니다.
- Glucose-responsive insulin secretion invivo] – Advanced Materials]에 출판된 2023 연구에서 과학자들은 인간 iPSC ‐derived beta 세포를 사용하여 화합물을 생성하는 생물화성 물질], 과학자 생물화성 물질을 생성합니다. 이 구성은 40일 동안 포도당에서 혈당을 갖는 식이섬유화되는 혈당을 위한 물질(혈당)에 겨냥한 인슐린을 생성합니다.
- ]Vascularization 전략은 hypoxia - 플로리다 3D 대학에서 팀은 산소를 지속적으로 방출하는 산소를 생성하고, hypoxic 환경에 있는 고립 viability를 지원하는 비계를 인쇄했습니다. 그들의 건설은 diabetic 쥐에 있는 90 일까지 인슐린 분비를 유지했습니다 (source).
- Co-culture printing은 함수를 향상 – Harvard의 Wyss Institute의 연구자들은 혈관 내피 세포와 메센드 줄기 세포와 함께 베타 세포를 입금하는 다중 발생을 사용했습니다. 이 공동 ‐culture는 이식 조직을 강화하고, apoptosis를 감소시키고, 모노 원예와 비교하여 거의 3배의 증가한 인슐린 산출을 증가시켰습니다. 인쇄된 구조는 또한 이식 후에 기능적인 혈관 네트워크를 형성했습니다.
- 획일한 organoids의 높은 처리량 생산 – 2024년, 한국에서 팀은 분 당 수천개의 획일한 고립 조직을 생성한 미생물 생식 방법을 보고했습니다. 이 organoids는 6개월 이상에 대한 normoglycemia를 유지하는 동물과 더불어 비 인간적인 모형에 있는 반전된 당뇨병을 (source).
- ] immunoprotective 캡슐의 통합 – 연구자들은 포도당과 인슐린 확산을 허용하면서 면역 세포 입장을 막는 pore ‐size modifiers를 포함하는 alginate 근거한 캡슐 내의 바이오 프린트 릿을 가지고 있다. 최근 연구는 면역 억제 ( ]의 면역 세포를 차단하는 면역 세포 입장에서 200 일 이상 생존한 바이오 프린트 릿을 보여주었다.
이 진보는 생물화 된 이슬릿 세포가 기본 이슬릿 생리학의 핵심 측면을 재검출 할 수 있다는 것을 보여주고, 임상 응용에 꾸준히 더 가까이 얻게됩니다.
당뇨병 치료에 대한 징후
이식성, 바이오 프린팅을 통해 실험실용 그라우트 셀을 생산할 수 있는 능력은 여러 가지 방법으로 당뇨병 관리를 혁명시킬 수 있습니다.
- Eliminating donor Dependency – Stem cell-derived beta cell can be expanded indefinitely, 제공하는 무제한 공급. 바이오 프린팅과 결합, 표준화 된 islet 제품은 규모에 제조 될 수있다, 도너 풀에서 제외 된 환자의 수백만에 사용할 수있는 이식을 만드는.
- Personalized therapies – 환자의 자신의 iPSC를 사용하여 autologous islets를 만들 수 있습니다 면역 억제없이 면역 거부를 피할 것입니다. 이 접근법은 더 비싸고 시간 소모이지만, ‐ 통제 당뇨병 환자를 위해 예약 될 수 있거나 알레르기 식이 요법을 위해 후보자가되지 않는 경우.
- ] 캡슐화를 통해 면역 장치(예: alginate beads, 폴리머 캡슐) 내에서 캡슐화 될 수 있습니다. 이 제품은 포도당과 인슐린 확산을 허용하면서 면역 세포와 항체를 차단하는 3D ‐인쇄 된 다공성 챔버가 있습니다. 최근 디자인은 캡슐화의 혈관화를 허용하는 3D ‐인쇄 된 다공성 챔버가 포함되어 있으며, 면역 장치를 개선하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이러한 시스템은 이러한 장치가 제거될 수 있습니다.
- off‐the-shelf allogeneic products – 몇몇 생명 공학 회사는 HLA 유전자를 편집하여 보편적인 도우미 세포 라인을 개발하여 면역력을 감소시킵니다. 바이오 프린팅과 결합하면, 이 수율은 어떤 수신자에 적합한 “우주 islet grafts”를 수 있었습니다. Vertex의 VX‐880 치료(비-생물)는 이미 단계 I/II 시험에서 약속을 보이며, 생물 인쇄 세포는 세포의 기능을 개선할 수 있었습니다.
- ]생활 개선의 품질 – 뇌하수체 당뇨병 환자 (열혈증), 생체인식 그라프의 부분 인슐린 의존도 생명의 질을 실질적으로 개선하고, 포도당 모니터링의 부담을 줄이고, 심한 혈당 사건의 위험을 낮출 수 있습니다.
Bioprinted Islet Cells를 직면하는 주요 도전
결과가 유망하지 않고, 이 장애물은 실질적으로 남아 있습니다.
- Long-term viability and function – 실험실은 종종 침략, 영양분 확산 제한 및 세포 senescence로 인해 주 후에 인슐린 분비를 잃습니다. 수년간의 기능을 수행하는 튼튼한 초안을 수행하면 필수적입니다. 전 혈관, 산소 ‐releasing 비계 및 프로 생존 요인의 사용은 임상 조사에 따라하지만 아직 없습니다.
- 면역 주사 – 심지어 autologous 셀, 1 형 당뇨병의 autoimmune 응답 다시 이식 베타 세포를 파괴 할 수 있습니다. 베타 세포의 멸종을 파괴하는 것은, 그리고 추가 면역 조절없이, autologous grafts 대상 될 수있다. 캡슐화 및 규제 T-cell 치료는이 주소를 해결하기 위해 개발된다.
- Scalability and Manufacturing 일관성 – 재현성에 환자당 수백만의 기능성 이렛을 생산하는 GMP ‐컴플란트 방식은 성형 가능한 엔지니어링 과제입니다. 바이오 inks, 셀 품질 및 인쇄 매개 변수의 배치 variability는 최소화되어야 합니다. 최근 개발된 고기능성 방식은 단계적 운송이지만, 그들은 여전히 엄격한 품질 관리가 필요합니다.
- Implant site Selection – 간(항상 정맥)은 전통적인 이식 사이트이지만, 항생제의 높은 농도에 노출되는 산소 긴장을 제공합니다. 산소 공급을 가진 연쇄공간 또는 비착 장치와 같은 대체사이트는 시험되고 있습니다. 각 사이트는 바이오 프린팅에 대한 다른 기계적 및 면역적검정을 부과합니다. 대형 파우치는 물론, 대형 파우치는 물론, 대형 파우치는 물론, 대형 파우치는 물론, 대형 파우치는 물론, 대형 파우치는 물론, 대형 파우치는 물론, 대형 파우치는 물론, 대형 파우치는 물론, 대형 파우치에 대한 구조가 부족한 것으로 밝혀집니다.
- Cost and Regulator hurdles – Advanced cell therapy 제품은 제조에 비쌉니다. GMP ‐grade iPSC 차별화의 비용은 환자당 $ 100,000를 초과할 수 있습니다. Bioprinted islet 제품은 조합 제품 (cell + Device)로 분류되며 승인 경로에 복잡성을 추가합니다. FDA 및 EMA와 같은 규제 기관은 장기적인 동물 연구 및 임상 시험에 의해 광범위한 임상 안전 및 효능 데이터를 필요로 할 수 있습니다. 이러한 이유로 이러한 연령대는 이러한 연령대에 대한 임상적 영향을 미칠 수 있습니다.
- Ethical considers – hESCs와 iPSCs의 사용은 세포 소싱에 대한 윤리적인 질문을 제기, 동의를 알리고, 종양 형성 (teratomas)을 위한 잠재적으로 비중 세포가 남아 있는 경우에. Bioprinting는 이러한 위험을 제거하지 않습니다; 대신, 그것은 장기 안전을 위해 철저하게 시험되어야 하는 생체 적합성 물자를 위한 필요를 추가합니다.
미래 방향 : 3D Bioprinted Islets에 대한 다음 것
이 필드는 신속하게 발전하고 있습니다. 주요 연구 방향은 다음과 같습니다.
- ] 유전자 편집 (CRISPR) – 줄기세포 파생 beta 세포를 편집하여 인슐린 생산을 강화하고 면역 공격을 저항하고, senescence를 감소시킵니다. 예를 들어, PD‐L1을 표현하는 세포는 T‐cell 승인을 evade 할 수 있습니다. 이러한 편집 된 세포를 생성 할 수 있습니다 “최고의 islets” 내장 면역 특권.
- ]다양한 통합된 초안을 위한 다물성 인쇄] – 다른 재산 (예를들면, 관 수로를 위해 다른, 관 수로를 위해 다른, 단 하나 인쇄에 있는 3번째 완전히 전 혈관으로, immunoprotective 초안을 창조하기 위하여 다수 생분해를 결합하는. 이것은 기본 배아 환경을 mimic이고 장기 생존을 강화합니다.
- 인공지능 및 기계 학습 – AI를 사용하여 바이오 잉크 포뮬레이션, 인쇄 매개 변수 및 최대의 탄수화물 수율과 기능을 위한 문화 프로토콜을 최적화합니다. 기계 학습 모델은 인쇄 조건을 기반으로 셀 행동을 예측할 수 있으며, 이더러티브 디자인 프로세스를 가속화합니다.
- ]평면에 대한 결정적인 재판 – 3D-printed islet cell를 사용하는 첫 번째 인간 시험은 다음 3~5년 이내에 예상됩니다. 여러 학문 센터와 스타트업은 계획 단계 I 안전 연구입니다. Biovotec는 바이오 프린팅이 깔린 이형 패치를 사용하여 2027년 동안 임상시험 계획(source), Bnows (Cnows), Bnows (Cnows), Bnows (Cnow), Bnows (C) 등 다양한 제휴사들이 있습니다.
- ] immunomodulatory 약과의 결합 - 낮은 복용량 immunosuppressants 또는 규제 T 세포의 앉은 배달에서 인쇄 된 비계를 통해 로컬로 면역 보호 할 수 있습니다. Hydrogels는 항 염증성 세포 또는 약물로로드 될 수 있으며, 천천히 풀어 놓고, 그라프에 대한 방어 틈새를 만들 수 있습니다.
- Organ‐on‐a‐chip 및 모델링 응용 – Bioprinted islet 티슈는 약물 테스트 및 질병 모델링에 사용될 수 있으며, 제어 된 인간적 탄력있는 환경에서 베타 세포 생물학을 연구하는 플랫폼을 제공합니다. 이것은 당뇨병에 대한 새로운 치료의 개발을 가속화 할 수 있습니다.
의약
3D 바이오 프린팅은 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의 앨리슨의