תוֹכֶן
היכולת של גוף האדם לחדש רקמות ואיברים אינה יעילה ביותר, ואיבוד רקמות אנושיות ואיברים יכול לקרות בקלות עקב דברים כמו מומים מולדים, מחלות וטראומה פתאומית. כאשר הרקמה מתה (הנקראת נמק), לא ניתן להחזירה לחיים - אם היא לא מוסרת או מתקנת היא עלולה להשפיע על אזורים אחרים בגוף, כגון רקמות מסביב, איברים, עצם ועור.זה המקום בו הנדסת רקמות מועילה. על ידי שימוש בביו-חומר (חומר אשר מתקשר עם המערכות הביולוגיות של הגוף כגון תאים ומולקולות פעילות), ניתן ליצור רקמות פונקציונליות המסייעות בשיקום, תיקון או החלפה של רקמות ואיברים אנושיים פגומים.
היסטוריה קצרה
הנדסת רקמות היא תחום חדש יחסית של רפואה, כאשר המחקר החל רק בשנות השמונים. מהנדס ביו ומדען אמריקאי בשם יואן-צ'נג פונג הגיש הצעה לקרן הלאומית למדע (NSF) להקמת מרכז מחקר שיוקדש לרקמות חיות. Fung לקח את הרעיון של רקמה אנושית והרחיב אותו כך שהוא חל על כל אורגניזם חי בין תאים ואיברים.
על סמך הצעה זו, NSF תייג את המונח "הנדסת רקמות" במטרה ליצור תחום חדש של מחקר מדעי. זה הוביל להקמת האגודה להנדסת רקמות (TES), שהפכה מאוחר יותר לחברה הבינלאומית להנדסת רקמות ורפואה רגנרטיבית (TERMIS).
TERMIS מקדם חינוך ומחקר בתחום הנדסת רקמות ורפואה משובי. רפואה רגנרטיבית מתייחסת לתחום רחב יותר המתמקד הן בהנדסת רקמות והן ביכולתו של גוף האדם לרפא את עצמו בכדי להחזיר את התפקוד הרגיל לרקמות, איברים ותאים אנושיים.
מטרת הנדסת רקמות
להנדסת רקמות יש כמה פונקציות עיקריות ברפואה ובמחקר: עזרה בתיקון רקמות או איברים כולל תיקון עצם (רקמה מסותתת), רקמת סחוס, רקמת לב, רקמת לבלב ורקמת כלי דם. התחום מבצע גם מחקר על התנהגות תאי גזע. תאי גזע יכולים להתפתח לסוגים רבים ושונים של תאים ועשויים לסייע בתיקון אזורי הגוף.
תחום הנדסת הרקמות מאפשר לחוקרים ליצור מודלים לחקר מחלות שונות, כמו סרטן ומחלות לב.
האופי התלת ממדי של הנדסת רקמות מאפשר ללמוד ארכיטקטורת גידולים בסביבה מדויקת יותר. הנדסת רקמות מספקת גם סביבה לבדיקת תרופות פוטנציאליות חדשות במחלות אלו.
איך זה עובד
תהליך הנדסת רקמות הוא תהליך מסובך. זה כרוך ביצירת רקמה תפקודית תלת ממדית כדי לסייע בתיקון, החלפה והתחדשות רקמה או איבר בגוף. לשם כך, תאים וביומולקולות משולבים עם פיגומים.
פיגומים הם מבנים מלאכותיים או טבעיים המדמים איברים אמיתיים (כגון הכליה או הכבד). הרקמה צומחת על פיגומים אלו כדי לחקות את התהליך הביולוגי או המבנה שיש להחליפו. כאשר אלה נבנים יחד, רקמה חדשה מתוכננת כדי לשכפל את מצב הרקמה הישנה כאשר היא לא נפגעה או חולה.
פיגומים, תאים וביומולקולות
ניתן לבנות פיגומים, אשר בדרך כלל נוצרים על ידי תאים בגוף, ממקורות כמו חלבונים בגוף, פלסטיק מעשה ידי אדם, או מפיגום קיים, כמו למשל מאיבר תורם. במקרה של איבר תורם, הפיגום ישולב עם תאים מהמטופל כדי ליצור איברים או רקמות הניתנים להתאמה אישית שלמעשה עשויים להידחות על ידי מערכת החיסון של המטופל.
לא משנה איך הוא נוצר, זהו מבנה הפיגום ששולח מסרים לתאים המסייעים לתמוך ולייעל את תפקודי התאים בגוף.
בחירת התאים הנכונים היא חלק חשוב בהנדסת רקמות. ישנם שני סוגים עיקריים של תאי גזע.
שני סוגים עיקריים של תאי גזע
- תאי גזע עוברייםמקורם בעוברים, בדרך כלל בביציות שהופרו במבחנה (מחוץ לגוף).
- תאי גזע למבוגרים: נמצא בתוך הגוף בין תאים רגילים - הם יכולים להתרבות באמצעות חלוקת תאים כדי למלא תאים ורקמות גוססים.
כרגע נערכים מחקרים רבים גם על תאי גזע פלוריפוטנטיים (תאי גזע בוגרים שנגרמים להתנהג כמו תאי גזע עובריים). בתיאוריה, יש היצע בלתי מוגבל של תאי גזע פלוריפוטנטיים, והשימוש בהם אינו כרוך בסוגיית השמדת עוברים אנושיים (מה שגורם גם לבעיה אתית). למעשה, חוקרים שזכו בפרס נובל פרסמו את ממצאיהם על תאי גזע פלוריפוטניים ועל השימושים בהם.
בסך הכל ביומולקולות כוללות ארבע מחלקות עיקריות (אם כי ישנן גם מחלקות משניות): פחמימות, ליפידים, חלבונים וחומצות גרעין. ביומולקולות אלה מסייעות במרכיב התאים ותפקודם. פחמימות מסייעות לאיברים כמו תפקוד המוח והלב וכן מערכות הפועלות כמו מערכת העיכול והמערכת החיסונית.
חלבונים מספקים נוגדנים כנגד חיידקים כמו גם תמיכה מבנית ותנועת גוף. חומצות גרעין מכילות DNA ו- RNA, ומספקות מידע גנטי לתאים.
שימוש רפואי
הנדסת רקמות אינה נמצאת בשימוש נרחב לטיפול או לטיפול בחולים. היו מקרים מעטים שהשתמשו בהנדסת רקמות בהשתלות עור, תיקון סחוס, עורקים קטנים ושלפוחיות של חולים. עם זאת, איברים גדולים יותר מהונדסים רקמות כמו הלב, הריאות והכבד עדיין לא שימשו בחולים (אם כי הם נוצרו במעבדות).
מלבד גורם הסיכון של שימוש בהנדסת רקמות בחולים, ההליכים הם יקרים ביותר. למרות שהנדסת רקמות מועילה בכל הקשור למחקר רפואי, במיוחד בבדיקת תכשירים חדשים לתרופות.
שימוש ברקמה חיה ומתפקדת בסביבה מחוץ לגוף מסייע לחוקרים להשיג רווחים ברפואה מותאמת אישית.
רפואה מותאמת אישית מסייעת לקבוע אם תרופות מסוימות עובדות טוב יותר עבור מטופלים מסוימים על בסיס ההרכב הגנטי שלהם, וכן מפחיתה את עלויות הפיתוח והבדיקה על בעלי חיים.
דוגמאות להנדסת רקמות
דוגמה עדכנית להנדסת רקמות שבוצעה על ידי המכון הלאומי להדמיה ביו-רפואית והנדסה ביולוגית כוללת הנדסת רקמת כבד אנושית אשר מושתלת לאחר מכן בעכבר. מכיוון שהעכבר משתמש בכבד משלו, רקמת הכבד האנושית מטבוליזם סמים ומחקה כיצד בני אדם היה מגיב לתרופות מסוימות בתוך העכבר. זה עוזר לחוקרים לראות אילו אינטראקציות אפשריות יש עם תרופה מסוימת.
במאמץ להכין רקמות עם רשת מובנית, החוקרים בודקים מדפסת שתייצר רשת דמוית כלי דם מתמיסת סוכר. הפיתרון ייווצר ויתקשה ברקמה המהונדסת עד להוסיף דם לתהליך, ויעבור בערוצים מעשה ידי אדם.
לבסוף, התחדשות הכליות של המטופל באמצעות תאי החולה עצמו היא פרויקט נוסף של המכון. החוקרים השתמשו בתאים מאיברים התורמים כדי לשלב ביומולקולות ופיגום קולגן (מאיבר התורם) כדי לגדל רקמת כליה חדשה.
רקמת איברים זו נבדקה לאחר מכן לתפקודה (כגון ספיגת חומרים מזינים וייצור שתן) הן בחולדות והן בחולדות. התקדמות בתחום זה של הנדסת רקמות (שיכולה לעבוד באופן דומה גם עבור איברים כמו לב, כבד וריאות) עשויה לסייע במחסור בתורמים וכן להפחית כל מחלה הקשורה לדיכוי חיסוני בקרב חולי השתלת איברים.
איך זה קשור לסרטן
גידול גרורתי גרורתי הוא אחת הסיבות שסרטן הוא גורם המוות העיקרי. לפני הנדסת רקמות, ניתן היה ליצור סביבות גידול רק מחוץ לגוף בצורה דו-ממדית. כעת, סביבות תלת ממדיות, כמו גם פיתוח ושימוש בחומרים ביולוגיים מסוימים (כמו קולגן), מאפשרים לחוקרים להתבונן בסביבתו של גידול עד לסביבת המיקרו של תאים מסוימים כדי לראות מה קורה עם המחלה כאשר משתנים הרכבים כימיים מסוימים בתאים. .
באופן זה, הנדסת רקמות עוזרת לחוקרים להבין הן את התקדמות הסרטן והן את ההשפעות של גישות טיפוליות מסוימות על חולים עם אותו סוג סרטן.
בעוד שהושגה התקדמות בלימוד סרטן באמצעות הנדסת רקמות, צמיחת גידול יכולה לעיתים קרובות לגרום להיווצרות כלי דם חדשים. פירוש הדבר שאפילו עם ההתקדמות שעשתה הנדסת רקמות במחקר הסרטן, יתכנו מגבלות שניתן לבטל רק על ידי השתלת הרקמה המהונדסת לאורגניזם חי.
עם זאת, עם סרטן, הנדסת רקמות יכולה לסייע לקבוע כיצד גידולים אלה נוצרים, כיצד צריכים להיראות אינטראקציות תאים רגילות, כמו גם כיצד תאים סרטניים גדלים וגורמים לגרורות. זה עוזר לחוקרים לבדוק תרופות שישפיעו רק על תאים סרטניים, בניגוד לכל האיבר או כל הגוף.
דרכים חדשות ביו-חומרים משנים את שירותי הבריאות