Oversikt over Tissue Engineering

Menneskekroppens evne til å regenerere vev og organer er ekstremt ineffektiv, og å miste menneskelig vev og organer kan lett skje på grunn av ting som medfødte defekter, sykdommer og plutselig traumer. Når vev dør (kalt nekrose), kan det ikke bringes tilbake til livet - hvis det ikke fjernes eller repareres, kan det påvirke andre områder av kroppen, som omkringliggende vev, organer, bein og hud.

Det er her vevsteknikk er nyttig. Ved å bruke biomateriale (materie som samhandler med kroppens biologiske systemer som celler og aktive molekyler), kan funksjonelle vev opprettes for å gjenopprette, reparere eller erstatte skadet menneskelig vev og organer.

En kort historie

Vevsteknikk er et relativt nytt felt innen medisin, med forskning som først startet på 1980-tallet. En amerikansk biotekniker og forsker ved navn Yuan-Cheng Fung sendte et forslag til National Science Foundation (NSF) om et forskningssenter som skal vies til levende vev. Fung tok begrepet menneskelig vev og utvidet det til å gjelde enhver levende organisme mellom celler og organer.

Basert på dette forslaget merket NSF begrepet “tissue engineering” i et forsøk på å danne et nytt felt av vitenskapelig forskning. Dette førte til dannelsen av The Tissue Engineering Society (TES), som senere ble Tissue Engineering and Regenerative Medicine International Society (TERMIS).

TERMIS fremmer både utdanning og forskning innen vevsteknikk og regenerativ medisin. Regenerativ medisin refererer til et bredere felt som fokuserer på både vevsteknikk så vel som menneskekroppens evne til å helbrede seg selv for å gjenopprette normal funksjon til vev, organer og menneskelige celler.

Formål med vevsteknikk

Vevsteknikk har noen hovedfunksjoner innen medisin og forskning: å hjelpe til med vev- eller organreparasjon, inkludert beinreparasjon (forkalket vev), bruskvev, hjertevev, bukspyttkjertelvev og vaskulært vev. Feltet forsker også på stamcelleadferd. Stamceller kan utvikle seg til mange forskjellige typer celler og kan hjelpe til med å reparere områder av kroppen.

Feltet for vevsteknikk tillater forskere å lage modeller for å studere forskjellige sykdommer, som kreft og hjertesykdom.

Vevsteknikkens 3D-natur gjør at tumorarkitektur kan studeres i et mer nøyaktig miljø. Vevsteknikk gir også et miljø for å teste potensielle nye medisiner på disse sykdommene.

Hvordan det fungerer

Prosessen med vevsteknikk er komplisert. Det innebærer å danne et 3D-funksjonelt vev for å reparere, erstatte og regenerere et vev eller et organ i kroppen. For å gjøre dette kombineres celler og biomolekyler med stillas.

Stillas er kunstige eller naturlige strukturer som etterligner virkelige organer (som nyre eller lever). Vevet vokser på disse stillasene for å etterligne den biologiske prosessen eller strukturen som må byttes ut. Når disse er konstruert sammen, blir nytt vev konstruert for å replikere det gamle vevets tilstand når det ikke ble skadet eller sykdommer.

Stillas, celler og biomolekyler

Stillas, som normalt blir skapt av celler i kroppen, kan bygges fra kilder som proteiner i kroppen, menneskeskapte plastmaterialer, eller fra et eksisterende stillas, for eksempel fra et donororgan. Når det gjelder et donororgan, vil stillaset bli kombinert med celler fra pasienten for å lage tilpassbare organer eller vev som sannsynligvis vil bli avvist av pasientens immunsystem.

Uansett hvordan den dannes, er det denne stillasstrukturen som sender meldinger til cellene som hjelper til med å støtte og optimalisere cellefunksjoner i kroppen.

Å plukke de riktige cellene er en viktig del av vevsteknikk. Det er to hovedtyper av stamceller.

To hovedtyper av stamceller

• Embryonale stamceller: stammer fra embryoer, vanligvis i egg som har blitt befruktet in vitro (utenfor kroppen).
• Voksne stamceller: finnes inne i kroppen blant vanlige celler — de kan formere seg ved celledeling for å fylle opp døende celler og vev.

Det forskes for tiden også på pluripotente stamceller (voksne stamceller som er indusert til å oppføre seg som embryonale stamceller). I teorien er det en ubegrenset tilførsel av pluripotente stamceller, og bruken av dem involverer ikke spørsmålet om å ødelegge menneskelige embryoer (noe som også forårsaker et etisk problem). Faktisk ga Nobelprisvinnende forskere ut sine funn om pluripotente stamceller og deres bruk.

Samlet sett inkluderer biomolekyler fire hovedklasser (selv om det også er sekundære klasser): karbohydrater, lipider, proteiner og nukleinsyrer. Disse biomolekylene hjelper til med å utgjøre cellestruktur og funksjon. Karbohydrater hjelper organer som hjernen og hjertefunksjonen, så vel som systemer som fordøyelsessystemet og immunforsvaret.

Proteiner gir antistoffer mot bakterier, samt strukturell støtte og kroppsbevegelse. Nukleinsyrer inneholder DNA og RNA, som gir celler genetisk informasjon.

Medisinsk bruk

Vevsteknikk brukes ikke mye til pasientbehandling eller behandling. Det har vært noen få tilfeller som har brukt vevsteknikk i hudtransplantater, bruskreparasjon, små arterier og blærer hos pasienter. Imidlertid har vevskonstruerte større organer som hjerte, lunger og lever ikke blitt brukt hos pasienter ennå (selv om de er opprettet i laboratorier).

Bortsett fra risikofaktoren ved bruk av vevsteknikk hos pasienter, er prosedyrene ekstremt kostbare. Selv om vevsteknikk er nyttig når det gjelder medisinsk forskning, spesielt når man tester nye legemiddelformuleringer.

Ved å bruke levende, fungerende vev i et miljø utenfor kroppen hjelper forskere å få gevinster innen personlig medisin.

Personlig medisin hjelper til med å avgjøre om noen legemidler fungerer bedre for visse pasienter basert på deres genetiske sammensetning, samt reduserer kostnadene ved utvikling og testing på dyr.

Eksempler på vevsteknikk

Et nylig eksempel på vevsteknikk utført av National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering inkluderer konstruksjon av et humant levervev som deretter implanteres i en mus. Siden musen bruker sin egen lever, metaboliserer det menneskelige levervevet medisiner, og etterligner hvordan mennesker vil reagere på visse medisiner inne i musen. Dette hjelper forskere å se hvilke mulige legemiddelinteraksjoner det kan være med en bestemt medisinering.

I et forsøk på å konstruere vev med et innebygd nettverk, tester forskere en skriver som vil lage et vaskulært nettverk fra en sukkerløsning. Løsningen ville dannes og herdes i det konstruerte vevet til blod tilsettes prosessen, og vandrer gjennom de menneskeskapte kanalene.

Til slutt er regenerering av pasientens nyrer ved hjelp av pasientens egne celler et annet prosjekt fra instituttet. Forskere brukte celler fra donororganer for å kombinere med biomolekyler og et kollagenstillas (fra donororganet) for å dyrke nytt nyrevev.

Dette organvevet ble deretter testet for å fungere (for eksempel å absorbere næringsstoffer og produsere urin) både ute og deretter inne i rotter. Fremgang innen dette området med vevsteknikk (som også kan fungere på samme måte for organer som hjerte, lever og lunger) kan hjelpe med donormangel, samt redusere eventuelle sykdommer forbundet med immunsuppresjon hos organtransplantasjonspasienter.

Hvordan det forholder seg til kreft

Metastatisk tumorvekst er en av årsakene til at kreft er en ledende dødsårsak. Før vevsteknikk kunne tumormiljøer bare opprettes utenfor kroppen i 2D-form. Nå tillater 3D-miljøer, så vel som utvikling og bruk av visse biomaterialer (som kollagen), forskere å se på svulstens miljø ned til mikromiljøet til visse celler for å se hva som skjer med sykdommen når visse kjemiske sammensetninger i celler endres. .

På denne måten hjelper vevsteknikk forskere med å forstå både kreftprogresjon og hva effekten av visse terapeutiske tilnærminger kan ha på pasienter med samme type kreft.

Mens fremgang har blitt gjort med å studere kreft gjennom vevsteknikk, kan tumorvekst ofte føre til at nye blodkar dannes. Dette betyr at selv med de fremskritt vevsteknikk har gjort med kreftforskning, kan det være begrensninger som bare kan elimineres ved å implantere det konstruerte vevet i en levende organisme.

Med kreft kan imidlertid vevsteknikk bidra til å etablere hvordan disse svulstene dannes, hvordan normale celleinteraksjoner skal se ut, samt hvordan kreftceller vokser og metastaserer. Dette hjelper forskere med å teste medisiner som bare påvirker kreftceller, i motsetning til hele organet eller kroppen.