- مهندسی بافت
مهندسی بافت احتمال بوجودآمدن بافتهای invito و جانشینی ارگان های معیوب و ناقص invivo را پیشنهاد می کند. مشکلاتی در استراتژیهای پیوند های بافت و ارگان کنونی وجود دارند زیرا تعداد خاصی از بیماران در لیست انتظار می باشند. این لیست از 095/19 بیمار د سال 1989 به 800/74 نفر تا فوریه 2001 فقط در آمریکا افزایش یافته است. این بیماران شانس کافی برای دریافت پیوندها ممکن است نیاز به درمان های ایمنی برای باقیمانده زندگی شان جهت دفاع در مقابل خطرات موجود از بازگشت دارند. فقدان قابلیت دسترسی به بافت دهنده میزان گسترش محل دهنده پیوند لایه ها را مختل می سازد. جایگزینی طرح های مکانیکی توسط افزایش خطر عفونت محدود می شود. طرح های مکانیکی هم فقدان مکانیسم را برای خود ترمیمی باعث می شوند و اینچنین تدابیری با بیمار رشد نخواهد کرد.
برخورد بیمار از مهندسی بافت از نظر اقتصادی و درمانی بسیار بزرگ است. نقص ها و بیمار یهای ارگان با انتظارات زندگی بشر در حال افزایش هستند. موفقت منابع دهنده متناوب از گونه های دیگر مثل خوک در مرحله تردید مانده است بخاطر استعداد سرایت بیماریها، یک شکل از مهندسی بافت شامل بوجود آوردن بافت ها توسط پیوند دان سلول های برداشته شده از بیمار یا خویشاوند نزدیک و جستجوی سلول ها برای یک پیوند می باشد که بعنوان یک پشتیبان برای سلول های جداشده کمک می کند. استفاده کردن از سلول ها از همان نوع ژن باید در بسیاری از مشکلات موجود در بازگشت ایمنی لایه بیگانه اجتناب شود. مقدارکمی از سلول ها می توانند به یک مجموعه سلولی کافی گسترش پیدا کند و جایگزین عملکرد اندام( عضو) شوند. مهندسی بافت می تواند به دو زمینه اصلی دسته بندی شود: in vitro ,in vivo ابتدا یک ساخت می تواند در مقیاس بزرگی در in vitro ساخته شود سپس می تواند یک عضو فراهم شده از بافت جدید برای بیماران بشود.
مهندسی بافت in vitro نیاز به محیط طراحی شده خاصی برای بازسازی دارد، در مقایسه، با روش in vivo ، بدن زنده میکرو محیطی را با بکارگیری مراحل پیوند مکانیکال و بیوشیمیایی برای بازسازی بافت فراهم می سازد. امروزه بیشتر تمرکز برروی خلق بافت با سلول منفرد in vitro می باشد. بنابراین مهندسی بافتin vitroهمانطور که انتظار می رود برروی بافت هایی مثل اپیدرم و درم ها و مفصل غضروفی تمرکز کرده است. مهندسی بافت in vivo تلاش می کند تا به بازسازی طبیعی بافت ها و اندامها توسط مراحل طبیعی بدن برسد. برای نقص های بزرگ لازم است که از یک داربست بعنوان پشتیبان برای لایه ای که رشد می کند استفاده کرد. داربست ها بدون سلول ها به مبدأ سلول طبیعی(ECM ) از بدن کمک می کند بازسای بافت، در این حالت، بستگی به رشد از بافت احاطه شده در یک مرحله دارد که بعنوان القاء بافت شناخته می شود. فیلترگذاری از سلولهای ریشه ای از محل پیوند به داربست رل مهمی بازی می کند. لوله ای کردن یک داربست یک نمونه از القاء بافت می باشد.
مهندسی بافت از داربست های سلول هایی استفاده می کند که برای بافت هایی مثل کبد، عروق خونی، عصب، پوست، غضروف و استخوان بکار برده شده اند، ستیزه جوئیهای مشخصی با این روش شامل طراحی و ثابت کردن یک داربست مناسب است که قادر باشد رشد، تکثیر، تفاوت ها و اطلاعات القاءشده از بافت طبیعی را حمایت و پشتیبانی می کند. در بسیاری حالت ها، پلی مرها برای سلول های پیوندی و دسترسی به رشد و حفظ عملکردهای متفاوت استفاده می شوند.
فرضیه های سلول ها روی داربست های پلیمر می تواند برای منشاء های بافت شناسایی شده با توجه به مشاهدات بیولوژیکی زیر داده بشوند.
1- اکثر بافت ها برای دوباره شکل گرفتن پایدار هستند.
2- سلول های بالغ می توانند خودشان را به ساختارهای هیستولوژیکی شان بشناسانند وقتی که در شرایط سلولی ایده آل قرار می گیرند.
3- وقتی مجتمع های سلول جداشده قابلیت دارند از شناسای هیستولوژیکی این زمانی محدود می شود که آنها بعنوان یک محلول سلولی فرستاده می شوند.
4- تعداد بافت پیوندی توسط نیازهایی برای تغییر و تبدیل نیتروژن و گاز اندازه گیری و تعیین می شوند.
استراتژی مهندسی بافت معمولاً مراحل پائین را دربرمی گیرد( شکل 22.1) با توجه به عضو مورد هدف ما، یک منبع سلولی مناسب تعیین می شود، جدا می شود و در تعداد اعضای کافی تولید می شود. موادی که می توانند بعنوان سلول یا سلول کپسولی شده استفاده بشوند، و طی مراحلی جدا می شوند و به شکل موردنیاز درمی آیند. مواد انتخاب شده با سلول ها یکپارچه می شوند. که بتوانند در واکنش بدن رشد داده شوند و بالاخره ساختار مواد سلولی به هدف محل in vivo گذاشته می شود و بستگی به محل و ساختار دارند که آیا نیاز می شود به شکل رگی یا لوله ای برسانید.
2-توزیع ژن
هدف از ژن درمانی معالجه بیماریها توسط فرستادن یک ژن یا DNA بیگانه به سلول موردنظر یا بافت برای تولید یک ژن موردنظرا ست که یک بخش می باشد. برای معالجه بی نظمی های ژنتیک منفرد، سرطان، بیماری های عروقی کاردیو و بیماریهای عفونی این روش بکار رفته است. برای مثال نشان دادن توزیع کانی DNA با پوشش امولسیون در خوک نشان داده شده است و استعداد ژن درمانی در بیماریهای عروق کاردیو ثابت شده است نمونه های دیگر شامل توزیع DNA است که برای عوامل پوششی نرمال بکار می رود که بتوانند هموفیلی را درمان کنند، توزیع ژن 53 P به سلول ها سرطان کلرکتال برای ملاحظات افزوده درمان ضدژنی بکار رفته است. یا در یک روش ایمنی سازی ژنتیک، انتقال پلاسمیدهای HIV,DNA ( ایدز) به بیماران ایدزی بمنظور تخمین یک پاسخ ایمنی متوسط سلول آتومی استفاده شده است. روش های دیگری هم برای انتقال ژن به بدن میزبان توضیح داده می شود مثلاً در بسیاری از درمان های ژنی برای بیماری هایی که نیاز به تفسیر محصول ژن دارند مناسب می شوند. انتشار بردارهای ژنتیک ممکن است متعلق به بیان انتقال ژن باشد. به هر صورت مثل توزیع، آژانس های بیوفعال فعال دیگر، انتشار کنترل شده بردارهای ژنتیک بیوفعال یک ستیزه جویی مشخص است. قبل از توضیح توزیع ژن از داربست هایی براساس مهندسی بافت باید از بیان مکانیسم های توزیع ژن اطلاع حاصل کنیم و بعضی از مواد متعارف استفاده شده در توزیع ژن و مهندسی ژن را نشان بدهیم و خصوصیات ایده آل یک داربست را در کاربردهای مهندسی بافت بیان کنیم.
A . مکانیسم Transfection
با مکانیسمی که سلول های DNA ( در شکل 22.2 بیان شده) برمی دارد موضوع بازبینی های بسیاری بوده است. انواع DNA سارژشده بطور منفی با بردارهای کاتونیک پیچیده می شوند با جزئیات بیشتر فاگوسیت را بررسی میکنیم، اگر اجزاء کمتر از 150 تا 200 nm درضمانت هستند سپس پیچیدگی ها می توانند توسط ایندوسیتویس ها انجام می شود. این شامل اجزاء گذاشته شده در پیت ها می باشد که ایندوسیت را توسط سطح سلولی شکل می دهد و ایندوسیتوس می تواند توسط استفاده از رباطهای مخصوص سلول گسترده شود. به هر صورت PH پائین محیط آنزیمی اندوسومز ایزوسومز DNA را درجه بندی و ترفیع خواهد داد. با یک مرور سیتوسل، انتظار می رود که DNA باید از مسیر قبل از ورود هسته ای به همکاری گرفته شوند که در انواع 10 نا 50 nm از نظر ضخامت هستند. به هر صورت اتفاق می افتد که مسیر DNA پیچیده می تواند وارد نوکلئو ها شود، احتمالاً از میان اعضای هسته ای اگرچه بسیاری از این مراحل تعیین شده اند، بعنوان transfection کافی، بازده بالایی از DNA ماهیچه transfect در مقایسه با مسیر DNA پیچیدگی های ایمنی توزیع ژن وجود دارد. ما حالا بعضی از مواد پلی مری را که برای داربست ها درمهندسی بافت بررسی شده اند و در توزیع ژن هم بکار رفته اند بیان میکنیم.
3- موادی برای داربست ها و توزیع ژن در مهندسی بافت
اولین مرحله در طراحی یک چرخه توزیع ژن یا یک داربست برای پیوند سلول از یک ماده مناسب انتخاب می شود. ماده باید سازگاری زیستی و ترجیحاً قابلیت ترفیع زیستی برای اجتناب از خطر پیوند هایی که ممکن است با حضور بلندمدت یک ماده بیگانه در بدن بکار گرفته شوند، داشته باشند. در قرن اخیر موادی مثل فلزات، سرامیک ها و پلمیرها در مقیاس وسیعی برای پیوند های جراحی استفاده شده اند. فلزات و سرامیک ها باعث پیشرفت هایی در زمینه پزشکی شده اند بخصوص در مورد جایگزینی بافتها، به هر صورت در مقایسه با پلیمرها این مواد مرحله اجراء در فقدان قابلیت ترفیع زیست مشکل می باشد. در حالت توزیع ژن مواد باید بصورت ایده آل DNA را در طی انتقال از سلول قبلی از بسته بندی پیچیده شدن و انتشار DNA برای ورود هسته ای حمایت شوند. استفاده از پلیمرها می توانند به دو بخش تقسیم شوند:
پلیمر های طبیعی و پلیمر های ترکیبی
.Aپلیمرهای مشتق شده طبیعی
پروتئین ها و قندهای مشتق شد از منابع خارج سلولی طبیعی مثل کلاژن و glycosaminoglycon برای ترمیم کردن عصب، پوست، غضروف، و استخوان استفاده شده اند. اتصال عرضی شیمیایی توسط glutaradehyle برای کنترل مقاومت و میزان توفیع این مبداء ها نشان داده شده است.
و این کنترل توسط تکنیک های فیزیکی و شیمیایی انجام شده است. به هر صورت داربست ها وفیبروسها درمی پیوند بلند مدت بکار رفته اند. اتصال عرضی شیمیایی در کاربردهای توزیع ژن می تواند DNA را بطور قوی حمایت کند. به هر صورت مشتقات دیگر کلاژن مثل آتلوکلاژن بعنوان طرح های توزیع ژن نشان داده شده اند.
ژلاتین ماده ای است که تعداد خوبی را در کاربردهای توزیع ژن نشان داده اند. گروهها کاربرد ژلاتین را باری توزیع ژن کنترل شد بیان کرده است. انتشار DNA توسط درجه اتصال عرضی و کووالانت انتقالی به ژلاتین کنترل می شود. این ماده چند فایده در توزیع ژن دارد چون ژلاتین DNA را در مقابل ترفیع و بالابردن در سرم حفاظت می کند و می تواند برای توزیع آژانسهای بیولوژیکی دیگر مثل کلروکویین استفاده شود. in vivo داربست کشف شده بود برای قابلیت سازگاری زیستی و خصوصیات ایموفولوژیکی که دارد. این موضوع پیشنهاد می دهد که ژلاتین استعداد خوبی بعنوان داربست توزیع ژن برای مهندسی بافت دارد. تعداد بسیاری از مواد طبیعی دیگر یافت شده اند که در کاربردهای مهندسی بافت استفاده می شوند. چیتوسان یک پلی ساکارید طبیعی است که مشخصه های ساختاری آن شبیه به glycosaminoglycon است. چیتوسان به صورت محلول در محیط اسیدی است و تحت شرایط خنثی محلول می باشد. در مدت متنوع در کاربردهای بیوپزشکی بعنوان اعضای همودیالیزی،دارو و سیستم های توزیع DNA ، پوست، آرتوپدیک و مواد پوساننده استفاده شده است.چیتوسان نه سمی و نه همولتیک است و حفاظت خوبی در مقابل ترفیع نوکلئی ها دارد.چیتوسان در کبد نیتجه نمی دهد. یک مثال از کاربردش باایمنی کردن ژن آلرژی باDNA چیتوسان می باشد. افزودن پروتئینهای سلول مثل transferring به مجموعه های DNA چیتوسان برای افزایش بیان ژن گزارش دهنده نشان داده شده است. در سلول های خاص، اجزاء چیتوسان در 50 تا 100 nm اندازه برای تولید ژن بالاتری از پلی اتیلن(PEL ) نشان داده شده اند.
درجه دی استیلین شدن می تواند برای بهینه کردن بازده transfect ion بیشتر استفاده شود. چیتوسان یک کاندیدای خوبی برای توزیع مؤثر ژن و مهندسی بافت می باشد.
آلگینات های پلی ساکارید های محلول آبی هستند که قابلیت شکل دادن ژنهای متصل شده عرضی در حضور یونهای چندگانه را دارند و استعداد بکار رفتن در تعدادی از کاربردهای توزیع ژن و مهندسی بافت را دارد آلگنات بطور وسیعی دردسترس است و برای فرم دادن یک ژل در میان اتصال عرضی کلسیم آماده است، برای مثال آلگینات دزمانهای واکسینه DNA بکار می روند. ایمنی موکوزال با استفاده از Lacz ,DNA در استفاده اش در کاربردهای مهندسی بافت مضر است و یونهای کلسیم می توانند دریون تغییر یافته یا در in vivoتغییر و تبدیل شوند.