Tüvirakkude biotöötlus: oluline verstapost regeneratiivse meditsiini uuringute viimisel kliinilisse piirkonda | laste uuringud

Tüvirakkude biotöötlus: oluline verstapost regeneratiivse meditsiini uuringute viimisel kliinilisse piirkonda | laste uuringud

Anonim

Abstraktne

Taastav meditsiin on uus multidistsiplinaarne valdkond, mis ühendab endas teadmisi bioloogia, keemia, inseneri, materjalide ja meditsiini alal, et leida lahendusi kõige keerukamatele inimprobleemidega seotud meditsiinilistele probleemidele. Taastav meditsiin võib mõjutada kogu tervishoiuteenuste spektrit, näiteks südamehaigused, emfüseem ja diabeet. Taastav meditsiin kasutab keha loomuliku paranemisprotsessi asendamiseks või võimendamiseks spetsiaalselt kasvatatud rakkude, kudede ja laboris valmistatud ühendite erinevaid kombinatsioone. Regeneratiivse meditsiini mõju tervishoiutööstusele on tõenäoliselt võrreldav antibiootikumide, vaktsiinide ja viimasel ajal monoklonaalsete antikehadega kliinilises ravis. Regeneratiivne meditsiin kasvab ja küpseb pidevalt; ees seisab siiski palju väljakutseid. Need hõlmavad parimat rakuallikat, kõige sobivamaid biomaterjale ja usaldusväärseid viise rakkude laiendamiseks ja kasvatamiseks kolmemõõtmelises keskkonnas (tüvirakkude biotöötlus). Selles lühikeses ülevaates käsitletakse valdkonna praeguseid saavutusi, ees seisvaid väljakutseid ja võimalikke viise, kuidas saada tugevaid ja usaldusväärseid mobiilseid tooteid riiulilt.

Peamine

Taastav meditsiin on uus interdistsiplinaarne valdkond, mille eesmärk on pakkuda ohutuid ja usaldusväärseid viise kahjustatud kudede või elundite parandamiseks, taastamiseks või asendamiseks. Regeneratiivse meditsiini kaks peamist komponenti on tüvirakuteraapia ja koeehitus. Regeneratiivne meditsiin keskendub "reparatiivsete" rakkude endogeensete allikate, kõige sagedamini tüvirakkude mobiliseerimisele või rakkude eksogeense manustamise kaudu. Seevastu Tissue Engineering ühendab spetsiaalselt projekteeritud materjalid rakkudega, kolmemõõtmelise (3D) konfiguratsiooniga, kultiveeritud bioreaktoris, et neid hiljem siirdada (1).

Enne kui regeneratiivmeditsiini ja koeehitust saab kliinilise tootena laialdaselt kättesaadavaks teha, tuleb ületada mitmed olulised probleemid (joonis 1) ja konkreetsed väljakutsed (tabel 1). Arvesse tuleb võtta geneeriliste, tavapäraste ja isikupärastatud tootmise paradigmade kombinatsiooni, kuna ükski tehnoloogia ei vasta kõigile nõuetele.

Image

Kujutab peamisi väljakutseid, millega taastuva meditsiini valdkond silmitsi seisab.

Täissuuruses pilt

Täissuuruses tabel

RAKKUD

Rakuteraapias või Tissue Engineeringus on kasutatud mitmesuguseid rakke. Esimestel päevadel kasutati sageli täiskasvanud tüvirakke. Need saadi katseloomadelt või inimese kudedest ja neid kasutati peamiselt mehhanismide mõistmiseks, mille abil looduslikel või inimtegevusest lähtuvatel biomaterjalidel oli in vivo implanteerimisel võimalik rakulist vastust esile kutsuda (vt hiljem). Hiljem mõisteti, et täiskasvanud rakke on oma olemuselt täielikult arenenud kultuuris raskem kasvatada ja kui rakud tulevad, nagu tavaliselt, eakalt patsiendilt, on rakkude kasvatamine kultuuris veelgi raskem. Seetõttu keskenduti tähelepanu looterakkude kasutamisele. Looterakud ei ole tüvirakud; need on täielikult arenenud rakud, mis esinevad noores koes ( nt lootel). Leiti, et need rakud käitusid sarnaselt, kuid paremini kui täiskasvanud, kui neid katsetati koos biomaterjalidega (2–4).

Seda silmas pidades pöörati edasist tähelepanu tüvirakkude võimalikule kasutamisele regeneratiivses meditsiinis. Tüvirakud on rakud, millel on järgmised omadused: esiteks, nad on võimelised pidevalt tootma tütarrakke, millel on iseendaga samad omadused; teiseks võivad nad genereerida tütarrakke, millel on erinevad, piiratumad omadused (5). Esimest võimet nimetatakse enese uuendamiseks ja teist eristamiseks.

Embrüonaalsed tüvirakud.

Siiani arvasid praegused mõtted, et tüvirakke oli kahte tüüpi: embrüonaalsed tüvirakud (ES), mis on saadud preplantatsiooni embrüote sisemisest rakumassist, ja kudedes või elundites leiduvad „täiskasvanud“ tüvirakud. Värsked uuringud näitavad, et ES-rakke võib arenemise ajal leida kõigil etappidel (joonis 2) (6). ES-rakud diferentseeruvad in vitro ja in vivo ning osalevad kimääride moodustamises pärast blastotsüsti süstimist (joonis 3). Oma piiramatu terapeutilise potentsiaali tõttu pakuvad tüvirakud jätkuvalt tohutut avalikku, teaduslikku ja kliinilist huvi. Kui oleks võimalik kindlaks teha, millised tegurid on seotud diferentseerumisega kõigist etappidest alates pluripotentsusest termiliselt diferentseerunud rakkudeni, võib lõppkokkuvõttes olla otstarbekas kasutada neid keemilisi signaale konkreetsete kudede kasvu ja regenereerimise esilekutsumiseks („regeneratiivne pill”). ilma et oleks vaja rakke ise manustada.

Image

Erineva arenguastmega rakkudel ja kudedel on erinev potentsiaal. Lõhestatud ja morulaarses staadiumis embrüod on võimelised tekitama ES rakke. ( A ) Varane blastotsüst on võimeline tekitama sisemise raku massist (ICM) ES-rakke. ( B ) Hiline blastotsüst on võimeline tekitama ICM-ist ES-rakke. ( C ) Kuuepäevane implantatsioonijärgne embrüo on võimeline põhjustama epiblastidest EpiSC-sid või teratokartsinoome ja embrüonaalseid kartsinoomi (EC) rakke. ( D ) Varasest (11, 5 päeva) sugunäärmest pärit ürgsed sugurakud on võimelised tekitama embrüonaalseid sugurakke või teratokartsinoome ja EC-rakke. ( E ) Täiskasvanud munanditest pärit spermatogoonia on võimeline tekitama ES-rakulisi rakke ( F ). Kordustrükk: Lovell-Badge R, Nat Biotechnol 25: 1114–1116 © 2007 Nature Publishing Group, Macmillan Publishers Ltd, loal.

Täissuuruses pilt

Image

Kultiveeritud varajaste embrüonaalsete rakutüüpide ( A ) potentsiaali hinnatakse tavaliselt nende võime järgi eristada in vitro ( B ) ja in vivo ( C ) ning aidata kaasa kimääride moodustumisele pärast süstimist blastotsüstidesse ( D ). Diferentseerimata EÜ, ES, ES raku-, epiblasti-, epiblasti- ja iPS-rakud. Diferentseerimine in vitro ( B ). Diferentseerumine teratoomide või teratokartsinoomidena emakavälistes kohtades. C ) Kimeeride diferentseerumine pärast blastotsüsti süstimist ( D ) ja edasikandumine järglastele, kui pluripotentsed rakud on aidanud idujoonele. ( E ) Hiirte fibroblastid saab ümber programmeerida iPS-rakkudesse. Tr, trofektoderm; ICM, sisemine raku mass; Ep, epiblast; ExEn, ekstraembrüonaalne endoderm; ExEc, ekstraembrüonaalne ektoderm; PGC, ürgsed sugurakud; Sp, spermatogoonia. Kordustrükk: Lovell-Badge R, Nat Biotechnol 25: 1114–1116 © 2007 Nature Publishing Group, Macmillan Publishers Ltd, loal.

Täissuuruses pilt

ES-rakud eraldasid hiirest esmalt Martin Evans ja töökaaslased, juba 1981. aastal, kes sel aastal said romaani preemia (7) ja hiljem 1998. aastal (8) inimese eelimplantatsiooni embrüost (blastotsüstid). See tõi kaasa enneolematu huvi ES-rakkude potentsiaali vastu regeneratiivse meditsiini vastu (8). Hiljuti on kaks erinevat rühma teatanud pluripotentsete tüvirakkude eraldamisest varasest implantatsioonijärgsest hiireembrüost eraldatud epiblastist, kasutades kultuuritingimusi, mis on identsed inimese embrüonaalsete tüvirakkude (hESC-de) eelistustega (9, 10). Kõigis seni testitud aspektides näivad nad vastavat inimese, mitte hiire embrüonaalsetele tüvirakkudele (mESC) - need on leukeemiat pärssivad faktorid ja luu morfogeensest valgust sõltumatud, samas kui MESC-d nõuavad neid tegureid ja tõhusa enese jaoks nõuavad selle asemel aktiini ja fibroblasti kasvufaktorit -uudis). Neil on sama füüsiline välimus, kasvuomadused ja epigeneetiline olek kui hESC-del. Neid rakke nimetatakse epiblasti tüvirakkudeks (EpiSC). Põllule põnevuse lisamiseks on hiljuti neli eraldi uurijate rühma suutnud genereerida pluripotentseid tüvirakke, transfekteerides hiire (11, 12) ja inimese fibroblastid (13, 14) retroviirustega, mis väljendavad nelja transurktsioonifaktorit, mis on seotud pluripotentsuse säilimisega . ES-rakkude fibroblastidest genereerimise tehnikate arendamine võib tähendada, et selle tehnikaga pole probleeme, samas kui embrüodest ES-rakkude tuletamiseks on endiselt eetilisi probleeme.

“Täiskasvanud” tüvirakud.

„Täiskasvanud” või sünnijärgne (somaatiline) tüvirakk on diferentseerumata rakk, mida leidub koes või elundis diferentseerunud rakkudes, mis saavad ise uuendada. Täiskasvanud tüvirakke on teadaolevalt paljudes keha kudedes, sealhulgas südames (15), närvisüsteemis (16), soolestikus (17) ja nahas (18). Luuüdi tüvirakke on põhjalikult uuritud. Arvatakse, et need nišispetsiifilised tüvirakud asuvad kõigis kudedes kui vigastustevastane paranemismehhanism. Teoreetiliselt saaks need rakud patsiendilt eemaldada, lisada koekonstrukti ja viia tagasi samasse indiviidi, kui parandus on vajalik. Kuna rakud pärinevad retsipiendist, pole immunosupressiooni vaja. Kuid ligipääsetavuse probleemid, madal sagedus ( nt 100 000 tuumalise luuüdi raku kohta on umbes üks tüvirakk), piiratud diferentseerumispotentsiaal ja kehv kasv piiravad nende kasulikkust koetehnoloogia või regeneratiivse meditsiini jaoks (5).

Friedenstein ja töökaaslased teatasid esimesena, et luuüdist saadud ja koekultuuri plasti külge kinnituvad fibroblastilaadsed rakud olid oma olemuselt osteogeensed (viite 19 all). Seejärel viisid paljude laborite panused arusaamisele, et need osteogeensed rakud on tegelikult võimelised diferentseeruma mitmeteks sidekoe rakutüüpideks kloonitasandil (20). See toetas mesenhümaalsete tüvirakkude (MSC) olemasolu ideed, mille esmakordselt pakkus välja: Kaplan (21). Seetõttu määratletakse MSC-d tavaliselt kleepuvate, fibroblastoidsarnaste rakkudena, mis eristuvad in vitro osteoblastideks, adipotsüütideks ja kondrotsüütideks. See omadus eristab neid mitte-adherentsetest hemopoeetilistest tüvirakkudest (HSC), mida leidub ka luuüdis. Nii HSC kui ka MSC tüüpi rakkudel on erinevad pinnamarkerite komplektid. Nabaväädiverest (22) ja Whartoni tarretisest eemaldatud MSC-de kasutamise ning nende tüvirakkude potentsiaali erinevate sugurakkude liini (endoderm, mesoderm, ektoderm) tekkeks on viimasel ajal märgatud enneolematut huvi (23, 24). Nabaväädiverel võib olla eeliseid teiste tüvirakkude allikate ees ja see pakub praegu alternatiivset lahendust luuüdi taastamiseks laste leukeemia korral (25). Ainus tõeline komistuskivi nabaväädi vereülekande laiemal kohaldamisel on piisava rakuarvu vajalik laiendamine.

Võib öelda, et tüvirakuteraapia sündis 50 aastat tagasi, kui Ameerika Ühendriikides tehti esimene luuüdi siirdamine (24). Sellele järgnesid kaks kliinilist uuringut, milles kasutati tüvirakke Osteogenesis Imperfecta lastega, autorid Horwitz et al . (26). Luuüdi tüvirakke on kasutatud südamepuudulikkuse (27–29) ja muude tervisehäirete võimaliku ravivõimalusena.

BIOMATERJALID

Biomaterjalid on kudetehnika oluline komponent. Tellingud võivad aidata järelejäänud terve koe in vivo regeneratsiooni ja suunata ka koe moodustumist dissotsieerunud rakkudest ex vivo ja in vivo . Tellingute eesmärk on luua 3D-füüsikaline arhitektuur ja keemiline keskkond, kus rakud saaksid in vivo protsessi jäljendamiseks kasvada. Tellingud valmistatakse tavaliselt looduslikest materjalidest, mis on olemuselt bioaktiivsed, kuid millel puudub mehaaniline tugevus, või sünteetilistest materjalidest, millel puudub omane bioaktiivsus, kuid mis võivad olla mehaaniliselt tugevad ja mida saab valmistada soovitud makro- (kuju) ja mikroarhitektuuriga (pooride suurus, poorsus) . Nii inimtegevusest kui ka looduslikest allikatest avastatakse pidevalt arvukalt biomaterjalide liike. Praegu tehakse jõupingutusi nende materjalide pinna muutmiseks, tüvirakkude diferentseerumise suunamiseks ja tõhustamiseks (30).

Tellingud peaksid olema:

  • Bioühilduv ja biolagunev. Lagunemissaadused peaksid olema mittetoksilised.

  • Väga poorne hapniku, toitainete ja jäätmete ülekande hõlbustamiseks, samuti kiireks vaskularisatsiooniks ja kudede kasvamiseks.

  • Optimaalsete mehaaniliste omaduste soodustamiseks.

  • Olge kliiniliselt vastav hea tootmise tava (GMP).

Kui algselt olid tellingud kavandatud bioinertideks, siis tänapäeval tehakse biomaterjalide vastastikmõju rakkudega, võimaldades kasvufaktorite, geenide või muude signaalide vabastamist ajast sõltuval viisil (31, 32). Tellingud võivad olla võrgusilmad, kiud, poorne, tahke aine või hüdrogeel.

Materjal peaks julgustama rakke kinnituma, vohama ja diferentseeruma. Mõned materjalid soodustavad seda konkreetsete rakutüüpide puhul kui teised. Näiteks analüüsiti täiskasvanud luukoest võetud osteoblastide käitumist seoses nende käitumisega bioklaasiga (33) (inimese loodud bioaktiivne materjal) ja märgati, et see kutsus lisaks raku kinnitumisele, rakkude kasvule ja diferentseerumisele osteogeneesis osalevate geenide ülesreguleerimine koos teiste kudede ( nt rasva, endoteeli ja teiste) geenide geenide samaaegse allareguleerimisega (34–37).

BIOOTÖÖTLEMINE: REGENERATIIVSETE RAVIMI UURIMISTE TÕLGENDAMISEKS TERVISEKOHASTUSTÖÖSTUSEKS KASUTATAVAD VÄLJAKUTSED

Biogeneetika regeneratiivses meditsiinis on täiesti uus valdkond, mida saab ainult osaliselt võrrelda molekulaarsete ravimite masstootmisega. Bioprotsesside tehnoloogia arendamine tüvirakkude ja koekultuuride praeguse laboripõhise praktika edukaks ülekandmiseks kliinikusse, kuna teraapia nõuab protsessi juhtimise, reprodutseeritavuse, automatiseerimise, valideerimise ja ohutuse saavutamiseks inseneriprintsiipide ja tavade rakendamist ja toode. Edukas tõlge nõuab panust alusuuringutest (arengubioloogiast “omics” tehnoloogiateni ja immunoloogia arenguni) ning olemasolevatelt töötavadelt (bioloogia), eriti automatiseerimise, kvaliteedi tagamise ja reguleerimise alal. Erinevate komponentide õigeaegne arendamine, integreerimine ja rakendamine on kriitilise tähtsusega.

Ülim bioreaktor on emakas. Imik algab ühest rakust ja kasvab täielikult diferentseerunud indiviidiks. Nendel "looduslikel" bioreaktoritel on ühised tööomadused: eriti massiline transport tsirkuleerimise ja rakkudesse difusiooni vormis on suurepärane - ükski rakk ei asu verevarustusest kaugemal kui 400 μm. Et regeneratiivne meditsiin saaks vanuse, on vaja luua optimaalsed bioreaktorid, mis saavutavad tootmise mitte traditsiooniliste ulatuse suurendamise põhimõtete (suuremad bioreaktorid), vaid protsessi integreerimise kaudu. Seiret saab teostada reaalajas, veebis ja kohapeal , signaalitöötlust ja tagasisidet täidetakse sidusalt. Seega saavutavad optimaalsed bioreaktorid tootmise protsessi intensiivistamise, modulaarsuse, spetsialiseerumise ja integreerimise kaudu. Bioreaktorite kasutamine on regeneratiivmeditsiini rakenduste jaoks kriitilise tähtsusega, et saavutada kontroll, ulatuse suurendamine, automatiseerimine ja ka regulatiivsetel põhjustel. Nõude või kolbide rakukultuuri või koekultuuri laboratoorsed tavad tuleks muuta isegi avastusfaasis, et välja töötataks bioprotsessid, mida saaks kliinikusse otse rakendada.

Traditsiooniliselt võimaldavad kahemõõtmelised (2D) kultiveerimistingimused ainult väikese arvu rakkude kasvu. Veelgi enam, kahemõõtmelise kultuuri moodus on tülikas, aeganõudev ja töömahukas (38). 2D kultuurid, kus normaalsed 3D-suhted rakuvälise maatriksi ja teiste rakkudega on moonutatud, võivad muuta raku käitumist. Üks olulisemaid väljakutseid, millega traditsioonilised 2D tüvirakkude kasvatamise metoodikad silmitsi seisavad, on selle töömahukas ja meelevaldne olemus, mis nõuab rutiinse kultuuritöö tegemiseks kõrgelt koolitatud operaatorite palkamist. Seetõttu lubab raku interaktsioonide analüüs loomulikumates 3D-seadetes luua tingimused, mis on lähedasemad sellele, mis tegelikult in vivo toimub (39).

Viimasel ajal on palju tähelepanu pööratud tehnoloogiate arendamisele, et saada piisav arv puhtaid ja diferentseeritud funktsioneerimisega tüvirakke. Nende hulka kuulub üheastmeline bioprotsess, mis võimaldab nii keskmist perfusiooni kui ka rakkude elujõulisuse ja metaboliitide tootmise otsest jälgimist. Muud meetodid hõlmavad ES-rakkude agregatsiooni ennetamist ( nt hüdrogeeli kapseldamine) ja konkreetsete rakutüüpide puhastamist ( nt geneetilise manipuleerimise teel) söötmega, mida perfuseeritakse kontrollitud bioreaktori keskkonnas. Need tagavad kontrollitud keskkonnas dünaamilise kultiveerimissüsteemi, mis võimaldab rakupopulatsioonide laienemist (40). Bioreaktorid on määratletud kui seadmed, milles keskkonna- ja töötingimusi saab hoolikalt jälgida ja täpselt kontrollida, et võimaldada või indutseerida soovitud bioloogilist või biokeemilist protsessi (41) (joonis 4). Neid on kasutatud koeehituse valdkonnas ühe või mitme järgmise funktsiooni täitmiseks: raku laiendamine (42–47) 3D-kudede genereerimine dissotsieerunud rakkudest ja karkassidest in vitro (48–52) ja areneva koe mehaaniline konditsioneerimine (53–55).

Image

Bioreaktori skemaatiline esitus (dr Yu-Shik Hwangi pilt).

Täissuuruses pilt

Meie grupp Imperial kolledžis on välja töötanud lihtsustatud, integreeritud ja reprodutseeritava bioprotsessi osteogeensete rakkude tootmiseks MESC-st, mida oleks võimalik automatiseerida ja laiendada, et genereerida kliiniliselt olulise arvu kvaliteetseid luurakke ja mineraliseeritud kudesid. Täpsemalt, kapseldasime mESC-d alginaat-hüdrogeelidesse ja kasvatasime neid suure kuvasuhtega anumatesse (HARV). Selles uudses, üheastmelises integreeritud protsessis suurenesid alginaatvesinikgeelides sisalduvad mESC agregaadid järk-järgult, säilitades kultuuris elujõulisuse. Lõpuks märgitakse hästi arenenud 3D elujõuline ja metaboolselt aktiivne kude, mida näitas ka elus või surnud test (joonis 5 ). mESC-d hüdrogeelides näitasid suuremat elujõulisust kui siis, kui rakke kasvatati staatiliselt 2D kolbides (andmeid pole näidatud). Lisaks diferentseerisime selle integreeritud protsessi abil MESC-d osteogeenseteks rakkudeks, mis on võimelised tootma 3D-mineraliseeritud kudesid, mis on tuvastatud peitsitud mineraliseeritud agregaatide demonstreerimise, osteogeensete markerite ekspressiooni, mikroarvutitomograafia ja FITR-i ning elementide skaneeriva elektronmikroskoopia abil. Meie andmed näitavad, et ühes 50-millimeetrises bioreaktoris võime potentsiaalselt genereerida ekvivalenti 20–30 T75 kolbikultuuri. Täpsemalt, pärast 29-päevast kultiveerimist oleme näidanud rakkude arvu 80-kordset suurenemist alates algtihedusest 10 000 rakku / alginaadi rant kuni 852 000 rakku / raku kohta (joonis 6) (56). Samuti oleme edukalt kapseldanud hESC-d hüdrogeelidesse. Rakud jäävad diferentseerumata kuni 260 päeva, kasutades nii immunotsütokeemiat kui ka RT-PCR. Alginaadi kapseldamist on täiskasvanute rakkudega (57, 58) tehtud sageli ning hiljuti kapseldasid teadlased ES-rakud (59) ja Austraalias on kolleegid suhkruhaigete raviks kapseldanud nii hiire kui ka hESC-d (60). Tavaliselt kaotavad alginaat-hüdrogeelid pärast pikemaajalist kasvatamist Ca2 +, kuid želatiini lisamine võimaldab raku vahendatud kokkutõmbumist ja karkassimaterjali pakkimist (61).

Image

Alginaathüdrogeelide elusate või surnud test ning rakkude ja kudede morfoloogia. ( A ) mESC-d alginaat-hüdrogeelides HARV bioreaktoris kultiveerimise 5. päeval. ( B ) mESC-d alginaathüdrogeelides HARV bioreaktoris kultiveerimise 15. päeval. Skaalaribad esindavad 100 μm (pilt dr Yu-Shik Hwangi nõusolekul).

Täissuuruses pilt

Image

Kudede morfoloogia joondatud helmestes. Joondatud helmed säilitavad oma sfäärilise kuju ja rakkude kobestumine on ilmne: ( A ) 3. päev (skaalariba pikkus - 1000 μm); ( B ) 7. päev (skaalariba pikkus - 500 μm); ( C ) 21. päev (skaalariba pikkus - 500 μm). Hematoksüliini ja eosiiniga värviti hüdrogeelide õhukesi lõike erinevatel aegadel, näidates kudede arengut. Kordustrükk: Randle WL jt , Tissue Eng 13: 2957–2970 © 2007 Mary Ann Liebert, Inc., loal.

Täissuuruses pilt

JÄRELDUSED

Regeneratiivsest meditsiinist võib saada uus viis vigastuste ja haiguste raviks, kuna seda saab kasutada püsivalt kahjustatud elundite parandamiseks, suurendamiseks või nende funktsioonide ülevõtmiseks. Järelikult on regeneratiivne meditsiin valmis looma järgmise biotehnoloogiarevolutsiooni laine, järgides rekombinantsete valkude ja monoklonaalsete antikehade jälgedes, mis võivad mõjutada kogu tervise spektrit, alates terminaalsetest ja kroonilistest haigustest kuni kosmeetilise kirurgiani. See on täiesti uus valdkond, mis koondab teadmisi bioloogia, keemia, inseneriteaduse, geneetika, meditsiini ja teiste erialade alal, et leida lahendusi inimkonna kõige keerukamatele meditsiinilistele probleemidele. Praeguseks on müügil mitu toodetud nahaekvivalenti ning sünteetiline luu ja kõhre komposiit. Südameklappide, venoossete ja arteriaalsete asenduste, uroloogiliste struktuuride ja vereloome tüvirakkude toodete väljatöötamiseks tehakse jõupingutusi.

Tänapäeval on vananevad regeneratiivmeditsiin ja koeehitus. Tissue Engineeringu või tüvirakuteraapia algusaegadest on lihtne meelde tuletada, kus suurtele erutustele ja valedele ootustele järgnes eelkõige investorite usalduse puudumine. Esimestel päevadel pandud lootus (tõenäolisem hüpe) ei vastanud nendele ootustele. Seetõttu põhjustas sellele äsja murdvale väljale eraldatud märkimisväärne rahastus suure pettumuse. Kuid nüüd on valdkond realistlike ootustega aeglaselt küpsemas, leppimata sellega, et tee tugevate kliiniliste toodete poole saab olema lihtne ja sirgjooneline. Tõenäoliselt tuleb pettumusi, kuid tõenäoliselt tuleb ellu viia ka uudsete terapeutiliste lähenemisviiside uus ajastu. Tüvirakkude või koetehnoloogiliste toodete biotöötlus ja turustamine regeneratiivses meditsiinis võib muuta läbimurde uuringuplatsilt patsiendi voodipoolele. Ehkki paljusid neist ülesannetest ei saa hõlpsasti täita ja need võivad vajada pikaajalist pühendumist, peavad mõned praegused väljakutsed jääma meie teadus- ja arendustegevuse keskmesse. Biotöötlemise lähenemisviiside kasutamine tüvirakkude ja konstruktsioonide tootmisel võiks pakkuda rakke kliiniliselt olulises arvul ja täieliku bioloogilise standardiseerimisega, mida varem polnud võimalik saavutada. Rakutoodete bioprotsessimist ja suurendamist käsitlev intellektuaalomand ja oskusteave on tüvirakkude bioloogia tulevaste kaubanduslike rakenduste põhielement. Siiski on vaja õppida, kuidas analüüsida protsessi mõjutavaid rakukultuuri parameetreid ja tuvastada kriitilised. Ühel päeval võiksime teada saada, millised on olulised tegurid ja näpunäited, mis muudavad teekonna diferentseerumata pluripotentsest rakust terminaalselt diferentseerunud rakkudeni ja kui me seda teame, siis saabub, siis tuleb esiplaanile nn regeneratiivsete pillide ajastu. Väljakutsed, millega silmitsi seisab, hõlmavad vajadust saada riiulilt eemaldatud rakud, mis on kooskõlas heade tootmistavadega ja immunoloogiliselt tolerantsed. Siiani pole üksmeelt selles, milline on kliinilisteks rakendusteks parim lahter, ja tõenäoliselt ei kasutata ühte rakku. Nagu meditsiinis alati, peab regeneratiivne meditsiin kohanema konkreetsete kliiniliste probleemidega ja olema patsiendipõhine. Üks fakt jääb selgeks; on tungiv vajadus töötada välja usaldusväärsed ja vastupidavad kultiveerimisprotseduurid, mis tooksid antud kliiniliseks rakenduseks suures koguses identseid rakupartiisid.

Nagu Ehrenreich meile ütles: “See võtab aega, see võtab raha, võtab kannatlikkust, on tagasilööke ja on ka õnnestumisi, kuid aja jooksul on kindel, et kudede parandamise, asendamise ja taastamise bioloogilised meetodid tulevad domineerida kliinilises mõtlemises. ”

Sõnastik

2 (3) D

2 (3) mõõtmeline

embrüonaalne kartsinoom

ES

embrüonaalne vars

EpiSC

epiblasti tüvirakud

FITR

Fourier iteratiivne teisendusröntgen

GMP

hea tootmise tava

HARV

suure kuvasuhtega anumad

HSC-d

hemopoeetilised tüvirakud

ICM

sisemine raku mass

MESC-d

hiire embrüonaalsed tüvirakud

MSC-d

mesenhümaalsed tüvirakud