조직 공학 개요

인체의 조직과 장기를 재생하는 능력은 극도로 비효율적이며, 선천적 결함, 질병, 갑작스런 외상 등으로 인해 인체 조직과 장기를 쉽게 잃을 수 있습니다. 조직이 죽으면 (괴사라고 함) 다시 살릴 수 없습니다. 제거하거나 복구하지 않으면 주변 조직, 장기, 뼈 및 피부와 같은 신체의 다른 부위에 영향을 미칠 수 있습니다.

이것은 조직 공학이 유용한 곳입니다. 생체 물질 (세포 및 활성 분자와 같은 신체의 생물학적 시스템과 상호 작용하는 물질)을 사용하여 손상된 인간 조직 및 장기를 복원, 복구 또는 교체하는 데 도움이되는 기능적 조직을 만들 수 있습니다.

짧은 역사

조직 공학은 비교적 새로운 의학 분야이며 연구는 1980 년대에 시작되었습니다. 미국의 생명 공학자이자 과학자 인 Yuan-Cheng Fung은 살아있는 조직에 전념 할 연구 센터에 대한 제안을 국립 과학 재단 (NSF)에 제출했습니다. Fung은 인간 조직의 개념을 채택하여 세포와 기관 사이의 모든 살아있는 유기체에 적용 할 수 있도록 확장했습니다.

이 제안을 바탕으로 NSF는 새로운 과학 연구 분야를 형성하기 위해 "조직 공학"이라는 용어를 표시했습니다. 이로 인해 조직 공학 협회 (TES)가 형성되었으며, 나중에 조직 공학 및 재생 의학 국제 협회 (TERMIS)가되었습니다.

TERMIS는 조직 공학 및 재생 의학 분야의 교육과 연구를 모두 촉진합니다. 재생 의학은 조직 공학과 조직, 장기 및 인간 세포의 정상적인 기능을 회복하기 위해 인체가 스스로 치유하는 능력에 초점을 맞춘 더 넓은 분야를 말합니다.

조직 공학의 목적

조직 공학은 의학 및 연구에서 몇 가지 주요 기능을 가지고 있습니다 : 뼈 복구 (석회화 된 조직), 연골 조직, 심장 조직, 췌장 조직 및 혈관 조직을 포함한 조직 또는 장기 복구를 돕습니다. 이 분야는 또한 줄기 세포 행동에 대한 연구를 수행합니다. 줄기 세포는 다양한 유형의 세포로 발전 할 수 있으며 신체 부위를 복구하는 데 도움이 될 수 있습니다.

조직 공학 분야에서는 연구자들이 암 및 심장병과 같은 다양한 질병을 연구하는 모델을 만들 수 있습니다.

조직 공학의 3D 특성을 통해보다 정확한 환경에서 종양 구조를 연구 할 수 있습니다. 조직 공학은 또한 이러한 질병에 대한 잠재적 인 신약을 테스트 할 수있는 환경을 제공합니다.

작동 원리

조직 공학 과정은 복잡합니다. 여기에는 3D 기능 조직을 형성하여 신체의 조직이나 장기를 복구, 교체 및 재생하는 것이 포함됩니다. 이를 위해 세포와 생체 분자가 스캐 폴드와 결합됩니다.

스캐 폴드는 실제 장기 (예 : 신장 또는 간)를 모방하는 인공 또는 자연 구조입니다. 조직은 대체해야하는 생물학적 과정이나 구조를 모방하기 위해 이러한 스캐 폴드에서 성장합니다. 이들이 함께 구성되면 새로운 조직이 손상되거나 병에 걸리지 않았던 오래된 조직의 상태를 복제하도록 설계됩니다.

스캐 폴드, 세포 및 생체 분자

일반적으로 신체의 세포에 의해 생성되는 스캐 폴드는 체내 단백질, 인공 플라스틱과 같은 소스 또는 기증 기관의 것과 같은 기존 스캐 폴드에서 만들 수 있습니다. 기증 기관의 경우, 스캐 폴드는 환자의 세포와 결합되어 환자의 면역 체계에 의해 실제로 거부 될 가능성이있는 맞춤형 기관 또는 조직을 만듭니다.

형성 방법에 관계없이 신체의 세포 기능을 지원하고 최적화하는 데 도움이되는 메시지를 세포에 보내는 것은이 골격 구조입니다.

올바른 세포를 선택하는 것은 조직 공학의 중요한 부분입니다. 줄기 세포에는 두 가지 주요 유형이 있습니다.

두 가지 주요 유형의 줄기 세포

• 배아 줄기 세포 : 일반적으로 체외 (체외)에서 수정 된 난자에서 발생하는 배아에서 유래합니다.
• 성체 줄기 세포 : 체내에서 규칙적인 세포 중에서 발견되며 세포 분열을 통해 증식하여 죽어가는 세포와 조직을 보충 할 수 있습니다.

현재 만능 줄기 세포 (배아 줄기 세포처럼 행동하도록 유도 된 성체 줄기 세포)에 대해서도 많은 연구가 진행되고 있습니다. 이론적으로는 다 능성 줄기 세포가 무제한으로 공급되고 있으며, 이들을 사용한다고해서 인간 배아를 파괴하는 문제 (윤리적 문제도 야기 함)가 포함되지는 않습니다. 실제로 노벨상을 수상한 연구자들은 만능 줄기 세포와 그 용도에 대한 연구 결과를 발표했습니다.

전반적으로 생체 분자에는 탄수화물, 지질, 단백질 및 핵산의 네 가지 주요 클래스가 포함됩니다 (이차 클래스도 있음). 이러한 생체 분자는 세포 구조와 기능을 구성하는 데 도움이됩니다. 탄수화물은 소화 기관과 면역 체계처럼 작동하는 시스템뿐만 아니라 뇌와 심장 기능과 같은 기관을 돕습니다.

단백질은 구조적 지원 및 신체 움직임뿐만 아니라 세균에 대한 항체를 제공합니다. 핵산에는 DNA와 RNA가 포함되어있어 세포에 유전 정보를 제공합니다.

의료용

조직 공학은 환자 치료 또는 치료에 널리 사용되지 않습니다. 환자의 피부 이식, 연골 복구, 작은 동맥 및 방광에서 조직 공학을 사용한 몇 가지 사례가 있습니다. 그러나 심장, 폐 및 간과 같이 조직 공학으로 조작 된 더 큰 장기는 아직 환자에게 사용되지 않았습니다 (실험실에서 만들어 졌음에도 불구하고).

환자에게 조직 공학을 사용하는 위험 요소를 제외하고 절차는 매우 비쌉니다. 조직 공학은 의학 연구, 특히 신약 제제를 테스트 할 때 유용합니다.

신체 외부의 환경에서 살아있는 기능 조직을 사용하면 연구자들이 맞춤형 의학에서 이득을 얻을 수 있습니다.

개인 맞춤 의약품은 유전 적 구성을 기반으로 특정 환자에게 일부 약물이 더 잘 작동하는지 판단하는 데 도움이되며 동물에 대한 개발 및 테스트 비용을 절감합니다.

조직 공학의 예

National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering에서 수행 한 최근 조직 공학의 예로는 마우스에 이식 된 인간 간 조직 공학이 있습니다. 마우스는 자체 간을 사용하기 때문에 인간의 간 조직은 약물을 대사하여 인간이 마우스 내부의 특정 약물에 반응하는 방식을 모방합니다. 이것은 연구자들이 특정 약물과의 가능한 약물 상호 작용을 볼 수 있도록 도와줍니다.

내장 된 네트워크로 조직을 설계하기 위해 연구자들은 설탕 용액에서 혈관과 같은 네트워크를 만드는 프린터를 테스트하고 있습니다. 용액은 가공 된 조직에서 형성되고 단단해져 혈액이 프로세스에 추가되어 인공 채널을 통해 이동합니다.

마지막으로 환자 자신의 세포를 이용한 환자의 신장 재생은 연구소의 또 다른 프로젝트입니다. 연구자들은 기증 기관의 세포를 사용하여 생체 분자 및 콜라겐 지지체 (기증 기관의)와 결합하여 새로운 신장 조직을 성장 시켰습니다.

이 장기 조직은 쥐의 외부와 내부에서 기능 (영양소 흡수 및 소변 생성 등)에 대해 테스트되었습니다. 이 조직 공학 분야의 발전 (심장, 간, 폐와 같은 기관에도 유사하게 작용할 수 있음)은 장기 이식 환자의 면역 억제와 관련된 질병을 감소시킬뿐만 아니라 기증자 부족에 도움이 될 수 있습니다.

암과의 관계

전이성 종양 성장은 암이 주요 사망 원인 중 하나입니다. 조직 공학 이전에 종양 환경은 2D 형태로 신체 외부에서만 생성 될 수있었습니다. 이제 3D 환경과 특정 생체 물질 (예 : 콜라겐)의 개발 및 활용을 통해 연구자들은 특정 세포의 미세 환경까지 종양의 환경을 조사하여 세포의 특정 화학 성분이 변경 될 때 질병에 어떤 일이 발생하는지 확인할 수 있습니다. .

이러한 방식으로 조직 공학은 연구자들이 암 진행과 특정 치료 방법이 동일한 유형의 암 환자에게 미치는 영향을 이해하는 데 도움이됩니다.

조직 공학을 통해 암에 대한 연구가 진행되고 있지만 종양 성장은 종종 새로운 혈관을 형성 할 수 있습니다. 즉, 암 연구를 통해 조직 공학이 발전 했음에도 불구하고 조작 된 조직을 살아있는 유기체에 이식해야만 제거 할 수있는 한계가있을 수 있습니다.

그러나 암의 경우 조직 공학은 이러한 종양이 어떻게 형성되는지, 정상적인 세포 상호 작용이 어떻게 생겼는지, 암세포가 어떻게 성장하고 전이되는지를 확인하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이것은 연구자들이 전체 기관이나 신체가 아닌 암세포에만 영향을 미치는 약물을 테스트하는 데 도움이됩니다.