Cara mencetak kelenjar tiroid

Cara mencetak kelenjar tiroid

Elizaveta Kudan, Calon Sains Kimia,
Irina Smooth,
Elena Bulanova, Calon Sains Biologi,
Yousef Hesuani,
Vladimir Mironov, Calon Sains Perubatan,
Makmal Penyelidikan Bioteknologi "Penyelesaian Bioprinting 3D" (Moscow)
"Alam" №2, 2015

Pekerja makmal penyelidikan bioteknologi "Penyelesaian Bioprinting 3D". Dari kiri ke kanan: I. S. Gladkaya (Penyelidik Kanan), E. A. Bulanova (Ketua Makmal), S. V. Novoselov (Pengarah Makmal), V. A. Mironov (Pengarah Saintifik), A. Yu. Ostrovsky (Ketua Pengarah ), Yu. A. Smirnova (Pengarah Pemasaran), Yu. J. Hesuani (Pengarah Eksekutif), D. V. Fadin (Pengarah Pembangunan), E. V. Kudan (Penyelidik Kanan), A. N. Mitryashkin (bioengineer), A. D. Gladneva (pembantu makmal)

Bioprint tiga dimensi (Bioprinting 3d) – salah satu teknologi biomedikal yang paling menarik dan pesat dalam abad kini, yang menjanjikan untuk menyelesaikan masalah kekurangan organ donor yang teruk pada masa hadapan. Bioprinting memerlukan: model komputer tiga dimensi sebuah organ yang dibina menggunakan program komputer khas CAD (dari Bahasa Inggeris. reka bentuk bantuan komputer – reka bentuk bantuan komputer), "kertas bio" – hydrogel,memegang sel hidup dalam kedudukan yang telah ditetapkan, "tinta bio" – spheroid tisu yang dapat bergabung di antara mereka sendiri, kartrij untuk mereka dan bioprinter-dispenser, iaitu penyedia robot*.

Pembangunan Bioprinter kini aktif terlibat dalam 16 syarikat di 12 negara di dunia (Amerika Syarikat, Switzerland, Australia, Kanada, Inggeris, Singapura, China, Jerman, Belanda, Perancis, Jepun dan Rusia). Salah satu daripada mereka ialah makmal "Penyelesaian Bioprinting 3D", di mana pada Julai tahun lepas bioprinter domestik pertama dipasang, dan pada bulan Mac tahun ini ia dirancang untuk mencetak struktur organ pertama yang direka untuk membuat kelenjar tiroid buatan. Kenapa kita memilih organ ini, dan tidak ada yang lain, lebih wajar dari pandangan klinikal – contohnya jantung, buah pinggang, atau paru-paru? Sebelum menjawab soalan ini, kami akan menjelaskan struktur organ bercetak dan bagaimana ia berbeza daripada struktur tisu, dan bermula dengan kita mengingati konsep "organ".

Bioprinter tiga dimensi pelbagai fungsi "Fabion". Tiga muncungnya direka untuk "dakwat bio" (spheroid tisu atau penggantungan sel-sel yang berlainan), yang lain adalah untuk "kertas bio" (hidrogel biodegradable,yang bukan sahaja membetulkan spheroid dalam kedudukan yang dikehendaki, tetapi juga berfungsi sebagai medium nutrien untuk sel)

Secara definisi, sebuah organ (daripada bahasa Yunani. Οργανον – instrumen) adalah koleksi berasingan sel-sel dan tisu-tisu yang berbeza, digabungkan menjadi struktur tunggal, yang direka untuk melaksanakan fungsi yang sama. Organ-organ biasanya terdiri daripada bahagian kerja (parenchyma) yang dibentuk oleh sel fungsional dan sarung sokongan (stroma), termasuk kapsul tisu penghubung dan septum, di mana saraf dan vesel lulus. Kebanyakan organ terbentuk daripada elemen struktur dan fungsi berulang (contohnya, buah pinggang adalah dari nefrons, kelenjar tiroid adalah dari folikel). Sudah jelas bahawa setiap daripada mereka, walaupun ia melaksanakan fungsi-fungsi asas (penapis nephron plasma darah, folikel mensintesis hormon), dengan sendirinya tidak boleh dianggap sebagai seluruh organ. Untuk melakukan ini, pertama, mesti ada banyak elemen sedemikian dan, kedua, mereka mesti digabungkan menjadi struktur anatomi yang berasingan dengan organisasi histologi tertentu dan satu katil vaskular. Kami memberi tumpuan kepada kriteria yang kelihatan jelas ini dalam definisi organ, kerana kita sering ditanya: bolehkah kita mempertimbangkan struktur tisu kulit, tulang rawan, yang telah dicipta pada pencetak bio,kapal dan organ bercetak pertama hati? Dalam erti kata yang ketat, tentu saja, tidak, kerana fungsi struktur tersebut, yang juga disebut sebagai organel tisu, tidak diberikan pada tahap seluruh organisma. Walau bagaimanapun, nilai mereka tidak bersyarat, khususnya, mereka boleh digunakan dalam kajian pra-klinik ubat baru, menguji keselamatan mereka [1]. Sebagai contoh, dalam Organovo (San Diego, USA) – sebuah syarikat terkemuka dalam bidang bioprinting 3D – dicetak pada sampel tiga dimensi bioprinter tisu hati yang bertindak balas terhadap toksin dengan cara yang sama seperti sel-sel organ sebenar. Sampel-sampel ini ternyata lebih efisien daripada analog dua dimensi dan baru-baru ini telah diuji dalam makmal bebas. Syarikat sekarang Organovo Menunggu kelulusan daripada Pentadbiran Makanan dan Dadah (Pentadbiran makanan dan dadah, Amerika Syarikat), selepas itu ia akan memulakan bioprinting tisu komersil untuk pengeluar dadah. Ini adalah pencapaian yang sangat penting dalam bioteknologi, kerana penggunaan sampel tisu tiga dimensi akan membolehkan penghantaran ubat-ubatan baru ke pasaran lebih cepat, melangkaui tahap ujian pramatlin mereka terhadap haiwan dan meningkatkan kecekapan ujian.

Kenapa kelenjar tiroid?

Organ tidak boleh dicetak, kerana mereka sangat rumit, katakan lawan kami, skeptikal mengenai teknologi bioprinting organ tiga dimensi. Untuk menunjukkan kelayakan asasnya, sudah cukup untuk memilih badan yang agak mudah – semakin mudah, semakin tinggi peluang kami untuk mencetaknya dalam waktu dekat. Kelenjar tiroid tidak mempunyai sistem saluran yang kompleks untuk menghilangkan produk dari aktivitinya. Hormon masuk terus ke dalam rangkaian yang padat dengan fenestrated (iaitu, dengan liang-liang untuk penembusan molekul besar) kapilari darah yang memupuk setiap folikel.

Perwakilan skematis lokasi anatomi kelenjar tiroid manusia (di sebelah kiri) dan mikrograf organisasi strukturnya – rangkaian peredaran darah (di bahagian atas), divisualisasikan dengan mikroskopi pengimbasan mikroskopi penyediaan vaskular yang mengakis, dan seksyen histologi (hematoxylin-eosin noda), di mana folikel yang mengandungi koloid dan dilapisi dengan sel-sel epitelium monolayer (thyrocytes) dapat dilihat

Kini diketahui bahawa sel folikular epitel (thyrocytes) kelenjar tiroid mensintesis thyroxin dan triiodothyronine,yang mengawal selia metabolisme sel, pertumbuhan dan proses tenaga, dan parafollicular (sel-sel) – hormon peptida calcitoninodin, yang mengawal metabolisme kalsium dan perkembangan alat tulang.

Kekurangan hormon (hipotiroidisme) boleh menyebabkan perkembangan cretinism (pada kanak-kanak) atau myxedema (pada orang dewasa), dan kelebihan (hyperthyroidism, thyrotoxicosis) dapat menyebabkan pertumbuhan tisu tiroid dan pembentukan goiter. Manifestasi hypothyroidism agak berkesan dirawat dengan bantuan terapi penggantian hormon, tetapi dengan goiter ia tidak selalu mungkin untuk mengatasi kaedah konservatif dan perlu untuk menjalani pembedahan.

Saya harus mengatakan bahawa doktor mula mengeluarkan kelenjar tiroid dengan peningkatan patologi jauh sebelum penentuan fungsi endokrinnya. Banyak kredit pergi ke pakar bedah Swiss, dan khususnya T. Kocher, yang pada tahun 1909 telah dianugerahkan Hadiah Nobel "untuk karyanya dalam bidang fisiologi, patologi dan pembedahan kelenjar tiroid." Kocher adalah orang pertama yang menanam tisu ke dalam peritoneum pesakit selepas pembuangan goiter (thyroidectomy), yang menghalang perkembangan myxedema di dalamnya. Menurut ahli sejarah perubatan T. Schlich (T.Schlich), ia meletakkan asas untuk pembangunan cawangan baru pembedahan – transplantologi klinikal [2].

Pada tahun 1930-an, seorang lagi pencinta Nobel yang memenangi anugerah untuk membangunkan kaedah untuk menyerap vesel dan pemindahan saluran darah dan organ, A. Carrel (A. Carrel), bersama dengan jurutera C. Lindberg (Ch. Lindbergh), merancang alat perfusi (sebenarnya bioreaktor pertama). Dengan itu, mereka berjaya mengekalkan daya maju (bekalan dengan darah dan oksigen) kelenjar tiroid di luar tubuh selama sebulan [3]. Selepas itu, ahli sitologi dan ahli onkologi Amerika J. Folkman memperkenalkan sel-sel melanoma menjadi kelenjar tiroid yang terpencil, mengkaji hubungan antara pertumbuhan tumor dan bekalan darahnya, yang membawa kepada penemuan fenomena angiogenesis tumor dan penciptaan ubat-ubatan anti-kanser generasi baru [4].

Dalam kelenjar tiroid, neoplasma pelbagai asal usul dan sifat biologi boleh berkembang, termasuk yang malignan. Untuk mengelakkan berulang, doktor biasanya menggunakan total thyroidectomy, dan kekurangan hormon yang kemudiannya biasanya diberi pampasan oleh terapi penggantian.Walau bagaimanapun, hormon sintetik, yang juga digunakan dalam hipotiroidisme pelbagai etiologi, boleh menyebabkan kesan sampingan (reaksi alergi, aritmia jantung, gangguan saraf). Transplantology boleh menyelesaikan masalah seperti ini, tetapi pemindahan penderma tiroid (allotransplantation) pada masa ini jarang dilakukan kerana penolakan tisu asing.

Skim unit folikular angiop kelenjar tiroid

Di UK, terdapat sebuah masyarakat istimewa yang menyediakan sokongan kewangan untuk penyelidikan pemindahan tiroid. Bekas editor jurnal Tiroid (jurnal rasmi Persatuan Tiroid Amerika (Persatuan Thyroid Amerika) T.F. Davies (T.F. Davies) percaya bahawa masalah pemindahan tiroid adalah masalah masa, bukan kemungkinan pelaksanaan [5].

Tiga dimensi autologous biologic (contohnya, dari sel-sel pesakit) organ-organ akan menyelesaikan masalah-masalah bukan sahaja dari kelenjar tiroid. Dan harapan-harapan ini tidak berasas, tidak kira betapa hebatnya mereka melihat kepada yang tidak tahu. Seperti mana-mana teknologi baru, kaedah 3D bioprinting tidak timbul dari awal, ia menyerap pencapaian maklumat dan sains teknikal, sains biomaterial, genetik, biologi perkembangan dan biologi sel.Dan akhirnya, waktunya telah tiba ketika kami siap untuk menunjukkan kelayakan teknologi yang mendasarinya. Untuk tujuan ini, kami berusaha bukan sahaja untuk memilih organ paling mudah untuk bioprinting pembinaan organ, tetapi juga untuk memudahkan anatominya sebanyak mungkin. Apa yang boleh diabaikan?

Diagram struktur mudah kelenjar tiroid dengan satu arteri masuk dan satu urat keluar

Adalah jelas bahawa, seperti kelenjar tiroid yang sebenar, pembinaan bercetak harus terdiri daripada saluran darah besar (arteri dan urat) dan unit angiofollikular yang terletak di antara mereka (folikel yang mengandungi koloid, dipenuhi dengan sel-sel epitelium monolayer, atau thyrocytes, dan ditenun rangkaian darah kapilari dengan endothelium fenestrated). Sudah jelas bahawa struktur organ tidak akan berfungsi tanpa vascularization, iaitu, tanpa fabrikasi katil vaskular dalaman, yang berkaitan dengan pembawa arteri dan urat keluar. Untuk tujuan kita, nampaknya, satu arteri dan satu vena akan cukup. Sudah tentu, mereka mesti mempunyai ciri-ciri biomekanik tertentu yang diperlukan untuk mewujudkan sambungan selamat (anastomosa) dengan sistem peredaran tubuh.Walau bagaimanapun, keperluan ini adalah penting jika implan dicetak kemudian dipindahkan ke tempat biasa (orthotopic) untuk kelenjar tiroid, tetapi keadaan ini boleh diabaikan semasa implantasi heterotopic. Adalah diketahui bahawa graft tiroid diletakkan di bawah kulit, ke dalam otot, atau di bawah kapsul vascularized yang baik dari buah pinggang, dapat hidup dan menghasilkan hormon.

Unsur-unsur struktur yang tersisa (sistem saraf dan limfa, kapsul tisu penghubung dengan sekatan, serta sel-sel C), yang berada dalam kelenjar tiroid biasa, juga boleh diabaikan untuk melaksanakan tugas praktikal. (Perhatikan bahawa semasa pemindahan, misalnya, ginjal, serat saraf dipotong, yang tidak mengganggu fungsi normal implan dalam badan.)

Secara semulajadi, semua penyederhanaan ini tidak menghalang pembentukan rangkaian organ pembiakan vaskular pada masa akan datang.

Biofabrication of Unit Angiofollicular

Persoalan fundamental yang pertama yang timbul pada tahap mencipta model digital kelenjar tiroid ialah berapa unit angi-follicular diperlukan untuk mencetak organ membentuk? Soalan ini secara langsung berkaitan dengan saiz organisma, yang mana struktur bercetak akan ditanamkan.Diameter dan bilangan folikel dalam kelenjar tiroid pelbagai haiwan sudah cukup terkenal. Lebih-lebih lagi, juga boleh menganggarkan berapa banyak folikel dalam implan tisu cukup untuk mengimbangi fungsi kelenjar tiroid. Dalam kes penggunaan folikel fisiologi yang tidak matang atau tidak cukup dibezakan kelenjar tiroid [6], bilangan mereka sepatutnya meningkat beberapa kali. Sebagai contoh, apabila menggunakan terikan tiroid tetikus, diasingkan pada hari ke-15 kehamilan, menurut pengiraan kami, sekurang-kurangnya sekitar 15 ribu folikel diperlukan.

Satu lagi masalah penting yang perlu ditangani ketika memulakan biofabrication dalam vitro Folikel tiroid, adalah pilihan sumber sejumlah besar thyrocytes.

Pada masa ini, banyak bahan telah terkumpul pada embriogenesis kelenjar tiroid dalam pelbagai spesies haiwan [7]. Pada manusia, kumannya boleh ditentukan pada peringkat awal perkembangan janin. Walau bagaimanapun, penggunaan embrio manusia untuk bioprinting kelenjar tiroid, sehingga baru-baru ini, dianggap sebagai pendekatan yang tidak realistik.Dan bukan sahaja kerana larangan atau masalah etika, tetapi juga kerana kesulitan mengumpul jumlah bahan embrionik yang mencukupi untuk biofabrication kelenjar tiroid berukuran dewasa. Tetapi jika bahan tersebut dapat dikumpulkan, ia akan berasal dari buah-buahan yang berbeza dan, sebenarnya, allogenic, oleh itu, ia akan menyebabkan penolakan imun terhadap struktur yang ditanam atau akan memerlukan terapi imunosupresif yang mahal dan jangka panjang.

Peluang baru untuk pengeluaran thyrocytes berskala besar membuka kaedah penentuan sasaran sel-sel stem embrio (ESC). Untuk mendapatkan dari mereka folikel fungsional kelenjar tiroid, ia cukup untuk sementara meningkatkan ungkapan dalam ESC hanya dua gen – NKX2-1 dan PAX8 [8]. Tetapi pendekatan ini mempunyai batasan yang ketara – hanya sel folikel terbentuk dari ESC, dan sel endothelial juga diperlukan untuk pembentukan unit angio-folikel penuh.

Langkah logik seterusnya selepas penciptaan folikel fungsional kelenjar tiroid dari ESCs dengan diarahkan pembezaan adalah penggunaan sel induk pluripotent yang diinduksi** (IPS sel) manusia. Sel IPS tidak menimbulkan tindak balas imun kerana ia dicipta dari sel-sel pesakit sendiri.Dari sel-sel IPA yang berbeza-beza, tisu-tisu mikro organisma (tisu-tisu tisu) dapat dibentuk, yang akan berfungsi sebagai blok bangunan yang mudah dalam teknologi bioprinting [9].

Akhirnya, folikel bukan sahaja berfungsi (iaitu, dapat mensintesis thyroxin), tetapi juga optimum vascularized (iaitu, ia dikepala oleh rangkaian padat darah kapilari yang dibebaskan yang melepaskan hormon tiroid secara langsung ke dalam darah yang beredar). Adalah penting untuk diperhatikan bahawa fungsi folikel mungkin berbeza-beza bergantung kepada kaedah biofabrication mereka. Follicles, sumber yang berkhidmat sebagai ESC atau sel iPS, memperoleh rangkaian vaskular hanya dengan mengorbankan sel endothelial penerima selepas implantasi di bawah kapsul buah pinggang. Walaupun sebagai hasilnya, implan menjadi vascularized dan cukup berfungsi, struktur tisu tiga dimensi yang dicetak dari folikel tersebut tidak boleh dianggap sebagai struktur organ terintegrasi sepenuhnya. Dalam hal ini, eksplan embrio kelenjar tiroid mempunyai kelebihan, kerana folikel yang boleh digunakan sebagai blok bangunan sudah vascularized dari hari ke-15 embriogenesis.Benar, tahap fungsi mereka bergantung pada peringkat perkembangan embrio atau bilangan perangsang folikelemina seperti VEGF (Faktor Pertumbuhan Endothelial Vaskular – faktor pertumbuhan endothelial vaskular) [6].

Vaskularisasi struktur organ kelenjar tiroid

Masalah vascularization teknologi bioprinting organ-tisu-tisu teknologi sebahagian besarnya diwarisi dari kejuruteraan tisu. Sementara itu, dalam beberapa tahun kebelakangan ini terdapat satu kejayaan yang jelas dalam bidang ini. Ini, di atas semua, adalah penggunaan apa yang dipanggil korban (pengorbanana) hidrogel. Sudah beberapa penulis telah meyakinkan bahawa penggunaan hidrogel kurban memungkinkan untuk mencetak terowong pembinaan tegar, yang kemudiannya boleh digunakan untuk endothelialization, iaitu, transformasi ke dalam saluran seperti vaskular berjajar dari bahagian dalam oleh endothelium [10, 11]. Dengan meletakkan kelenjar tiroid-sudut folikular antara dua saluran endothelial tersebut dan menyambungkan kedua-dua sistem endothelial dengan proses angiogenik, adalah mungkin untuk mendapatkan struktur organ vascularized yang sempurna dalam kelenjar tiroid.

Kaedah vaskularisasi struktur bercetak tiga dimensi menggunakan hidrogel kurban dan prinsip pemasangan diriendothelium vaskular. Kaedah pertama (baris atas): hidrogel kurban (diserlahkan kuning dalam gambara) larut atau dikeluarkan dari masa ke masa, dan ke terowong yang terbentuk (b) meletakkan penggantungan sel endothelial (titik merah padadalam), dari mana endotelium tunggal lapisan tunggal kapal buatan dibentuk kemudian (g). Dengan kaedah kedua (baris bawahsel endothelial (d) terletak di kolagen hydrogel (kuning) dikumpulkan dalam kelompok (ditunjukkan sebagai kluster tiga titik merah padae), yang bergabung terlebih dahulu ke dalam mikrocapillaries (spheroids onbaiklah), dan kemudian ke dalam satu kapal yang dipenuhi dengan endothelium tunggals)

Sebagai hydrogel korban boleh digunakan campuran gula (kaca karbohidrat – gelas karbohidrat) [10] atau agarose [11], yang sama ada hanya dibubarkan atau dikeluarkan secara mekanikal atau dengan bantuan enzim. Pendekatan yang sangat menarik adalah berkesan dan mudah dihasilkan untuk mewujudkan struktur linear yang mudah, tetapi jelas bahawa endothelisasi tidak lengkap mungkin berlaku semasa biofabrikasi struktur tiga dimensi yang lebih kompleks. Dan ini penuh dengan berlakunya trombosis dan embolisme selepas implantasi.

Pendekatan lain adalah berdasarkan keupayaan sel endothelial untuk berkumpul sendiri ke dalam rangkaian kapilari dan juga ke dalam kapal yang lebih besar diameternya. Sel endothelial terletak pada kolagen tiga dimensi atau hydrogel fibrin, apabila dirangsang oleh faktor pertumbuhan, boleh membentuk rangkaian kapilari dengan lumen [12]. Gabungan kapilari berturut-turut di ruang terkurung dari allantois explants (germinal membrane) membawa kepada pembentukan cahaya (dari bahasa Inggeris. lumina – lumen) spheroid tisu yang mampu menggabungkan lebih lanjut ke dalam tiub vaskular linear dan cawangan. Kemungkinan pembentukan struktur intravaskular dari katil vaskular dengan cara ini telah disahkan eksperimen [13], dan fenomena fusionon spheroid tisu vaskular luminized boleh digunakan dengan berkesan untuk mencipta saluran darah yang sempurna pada bioprinting tiroid. Struktur tubular yang diperoleh dengan cara ini bukan sahaja mengekalkan bentuk geometri mereka, tetapi juga, dari masa ke masa, memperoleh sifat biomekanik yang khas untuk kapal-kapal dari diameter tertentu. Oleh itu, penggunaan hanya dua jenis spheroid vaskular tisu (dengan dan tanpa lumen)serta penggantungan sel endothelial dalam hydrogel, mampu menyediakan bioprinting organ organ, yang boleh disambungkan secara surgikal melalui anastomosa vaskular dengan kapal yang sedia ada penerima semasa implantasi orthotopic.

Skema percetakan organ kelenjar tiroid (a). Ia mengandungi spheroid tisu (b), dipenuhi folikel vascularized, jambatan kapilari (dalam) yang dibentuk oleh angiogenesis, serta spheroid tisu vaskular yang bercahayag). Sel endothelial adalah berwarna hijau warna otot licin – merah

Anggaran fungsi membina organ

Keadaan utama untuk melaksanakan fungsi utama kelenjar tiroid (sintesis tiroksin) adalah kehadiran bilangan unit angiofollikular yang cukup dibentuk. Sama pentingnya ialah kehadiran rangkaian kapilari darah yang kaya dengan fenestrated yang menjalinkan setiap folikel dan memastikan penembusan hormon tiroksin ke dalam darah yang beredar.

Kehadiran unit angiofollikular yang maju dalam struktur organ boleh diperiksa menggunakan kajian histologi, histokimia dan imunohistokimia menggunakan antibodi yang sesuai,dan mikroskop elektron. Walau bagaimanapun, hanya eksperimen dalam vivo boleh mengesahkan fungsinya pada tahap organisma. Bukti langsung ini adalah pemulihan tahap thyroxin normal dalam darah selepas implan rekaan kejuruteraan tisu kelenjar tiroid (atau pentadbiran penggantungan folikel) pada haiwan dengan hypotrophy percubaan.

Pada masa ini, terdapat dua pendekatan utama untuk hipotrofi eksperimen dalam haiwan makmal. Pendekatan pertama, yang klasik, adalah berdasarkan pembedahan kelenjar tiroid. Pendekatan ini digunakan oleh penyelidik Jepun yang diketuai oleh T. Okano (T. Okano) untuk menguji fungsi folikel kelenjar tiroid, yang dicipta oleh kaedah lapisan sel (helaian sel teknologi) [14]. Reka bentuk kejuruteraan tisu yang diimplan kelenjar tiroid menghasilkan cukup tiroksin untuk mengekalkan tahap fisiologi normalnya dalam darah, yang menurun selepas penyingkiran kelenjar tiroid. Ahli sains Belgium yang diketuai S. Kostagliola (S. Costagliola) baru-baru ini telah membangunkan pendekatan lain yang berdasarkan penggunaan suntikan intraperitoneal iodin radioaktif [8].Pengangkatan folikel kelenjar tiroid, yang dicipta oleh kaedah diarahkan pembezaan sel stem embrio tikus, memulihkan paras fisiologi normal thyroxin dalam darah, berkurangan dengan hasil suntikan radioaktif 131I. [8].

Skim percubaan untuk menilai fungsi struktur organ bercetak kelenjar tiroid. Tahap biasa (N) hormon tiroksin (T4) dalam darah dikurangkan dengan mencetuskan hipofuksi percubaan dengan menyuntikkan iodin-131 radioaktif (131I), dan kemudian dipulihkan selepas pemindahan struktur organ keluaran tiroid. Pada bahagian histologi anak panah putih Folikel merah jambu kelenjar tiroid ditunjukkan, dipindahkan di bawah kapsul buah pinggang tetikus dengan hipofeksi eksperimen kelenjar tiroid [8]

Kelebihan utama kedua-dua pendekatan adalah bahawa ia berdasarkan kriteria kuantitatif objektif – tahap thyroxin (T4) dalam darah. Di samping itu, penggunaan haiwan makmal kecil memudahkan dan mempermudahkan proses biofabrication struktur tisu berfungsi kelenjar tiroid.Saiz struktur organ tercetak kelenjar tiroid dengan fungsi yang mencukupi di peringkat badan dengan kedua-dua pendekatan boleh berada dalam beberapa milimeter.

***

Teknologi bioprinting organ manusia berkembang pesat dan dari peringkat konseptual dan pembangunan bioprinter tiga dimensi bergerak dengan cepat ke penerapan teknologi praktis [15]. Pada pendapat kami, badan bercetak mesti memenuhi sekurang-kurangnya tiga kriteria asas.

Pertama, organ sedemikian mesti dicetak oleh peranti robotik – bioprinter berdasarkan model digital yang telah dibangunkan oleh struktur organ atau organ. Kedua, struktur organ yang dicetak mestilah sahih, iaitu terdiri daripada beberapa jenis tisu yang terdapat dalam organ, secara strukturnya terintegrasi ke dalam keseluruhan dan vascularized tunggal, iaitu ia mesti mempunyai katil vaskular intraorganik dengan kemungkinan praktikal perfusi dan daya maju struktur organ bercetak. Ketiga, reka bentuk semacam itu mesti berfungsi. Dalam erti kata lain, implantasi oleh haiwan eksperimen mesti mengimbangi sepenuhnya fungsi organ penerima sebelum dikeluarkan atau dimusnahkan.

Harus diingat bahawa bentuk, saiz, geometri, dan organisasi dalaman struktur organ yang dicetak tentu penting, tetapi pada dasarnya parameter sekunder. Organisasi tisu adalah lebih spesifik atau otentik untuk organ tertentu. Buah pinggang harus terdiri daripada nefrons, dan kelenjar tiroid dibincangkan dalam artikel ini harus terdiri daripada unit angi-folikel bersepadu dalam sistem vaskular intraorganik. Walau bagaimanapun, bukti utama adalah demonstrasi langsung dan objektif kefungsian struktur organ bercetak. Bagi kelenjar tiroid selepas implantasi struktur organnya, penunjuk akan menjadi pemulihan tahap normal thyroxin dalam darah. Saiz organ bercetak tidak relevan sepenuhnya. Misalnya, untuk tetikus, reka bentuk kelenjar tiroid boleh menjadi sangat kecil. Sekiranya terdapat bilangan fungsional angi-follicular yang berfungsi menghasilkan tiroksin dan memastikan fungsi fisiologi normal organ dalam badan, maka struktur bercetak harus dianggap sebagai struktur organ, dan bukan hanya tisu, bukan tisu mikro atau organoid tisu.

Oleh itu, hanya fungsi yang diverifikasi dalam badan membuat struktur tisu tiga dimensi dicetak dengan struktur seperti organ. Tidak ada keraguan bahawa pada masa yang lalu dicetak organ manusia akan menjadi bagi kita realiti objektif yang diberikan kepada kita dalam sensasi.


* Untuk maklumat lanjut tentang teknologi ini, lihat: V. Mironov Dalam jejak langkah Gutenberg: percetakan bio organ tiga dimensi // Alam. 2013. № 10. P. 3-12. – Nota ed.

** Sel stem dengan pluripotency yang diinduksi adalah sel-sel organisme dewasa yang dikembalikan ke keadaan janin menggunakan kaedah pemrograman genetik. Untuk butiran lanjut, lihat: Kiselev S.L., Shutova M.V Reprogramming Sel: Melompat ke atas ke bawah // Nature. 2010. No. 5. P. 3-10. – Nota ed.

Kesusasteraan:
1. Roth A., Penyanyi T. Aplikasi model sel 3D untuk menyokong penilaian keselamatan keselamatan: peluang dan cabaran // Adv. Drug Deliv. Wahyu 2014. V. 69-70. P. 179-189. doi: 10.1016 / j.addr.2013.12.005.
2. Schlich T. Asal usul transplantasi organ: pembedahan dan sains makmal, 1880-an-1930-an. NY 2010
3. Carrel A., Lindbergh Ch. A. Budaya organ-organ. NY, 1938.
4. Folkman J. Tumor angiogenesis: implikasi terapeutik // N. Engl. J. Med. 1971. V. 285. P. 1182-1186.
5. Davies T. F. Adakah transplantasi tiroid pada jarak jauh? // Tiroid. 2013. V. 23. No. 2. P. 139-141.
6. Hick A. C. 1., Delmarcelle A. S., Bouquet M. et al. Epiteli aromatik: interaksi parakrin endothelial semasa perkembangan thyroid dan pembezaan sel-sel k Dev. Biol. 2013. V. 381. № 1. P. 227-240. doi: 10.1016 / j.ydbio.2013.04.022.
7. Nilsson M., Fagman H. Mekanisme Pengembangan Tiroid dan Disenesis: Analisis Berdasarkan Peringkat Pembangunan dan Anatomi Embrio Bersama // Topik semasa dalam biologi perkembangan. 2013. V. 106. P. 123-170. doi: 10.1016 / B978-0-12-416021-7.00004-3.
8. Antonica F., Kasprzyk D. F., Opitz R. O. et al. Tiroid penjanaan dari sel stem embrionik // Alam. 2012. V. 491. No. 7422. P. 66-71. doi: 10.1038 / nature11525.
9. Lancaster M. A., Knoblich J. A. Organogenesis dalam pemodelan: menggunakan teknologi organicoid // Sains. 2014. V. 345. No. 6194. doi: 10.1126 / science.1247125.
10. Miller J.S., Stevens K. R., Yang M. T. et al. Pemutus pesat rangkaian vaskular berpola untuk tisu tiga dimensi yang direka sempurna // Nat. Mater. 2012. V. 11. No. 9. P. 768-774. doi: 10.1038 / nmat3357.
11. Bertassoni L.E., Cecconi M., Manoharan V. et al. Hydrogel bioteknologi rangkaian mikrochannel untuk vascularization membina kejuruteraan tisu // Makmal. Chip. 2014. V. 14. No. 13. P. 2202-2211.doi: 10.1039 / c4lc00030g.
12. Kamei, M., Saunders, B. B., Bayless, K. J. et al. Tiub endothelial dipasang dari vakum intraselular dalam vivo // Alam. 2006. V. 442. No. 7101. P. 453-456. doi: 10.1038 / nature04923.
13. Mironov V., Visconti R. P., Kasyanov V. Percetakan organ: spheroid blok tisu sebagai blok bangunan // Biomaterials. 2009. V. 30. No. 12. P. 2164-2174. doi: 10.1016 / j.biomaterials.2008.12.084.
14. Arauchi A., Shimizu T., Yamato M. et al. Lembaran sel tiroid terancang tisu selepas menerima total thyroidctomy berbanding dengan model nontransplantasi // Tisu Eng. Bahagian A. 2009. V. 15. No. 12. P. 3943-3949. doi: 10.1089 / ten.TEA.2009.0119.
15. Murphy S. V., Atala A. Bioprinting 3D tisu dan organ // Alam Bioteknologi. 2014. V. 32. No. 8. P. 773-785. doi: 10.1038 / nbt.2958.


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: