Поскольку глобальный спрос на трансплантацию тканей и органов значительно превышает предложение, тканевая инженерия может стать потенциальным решением. Но одной из серьезных проблем в тканевой инженерии является выращивание ткани в 3D, а каркасы, используемые для позиционирования клеток для развития тканеспецифических функций, часто сложны или непомерно дороги в разработке..
Но в обзоре, опубликованном 18 сентября 2019 года в журнале «Тенденции в биотехнологии», исследователи из Массачусетского университета в Лоуэлле исследуют недавние попытки использовать повседневные материалы, такие как лед, бумага и шпинат, в качестве каркасов для тканей. Они утверждают, что эти нетрадиционные материалы более функциональны, более экологичны и менее дороги, а также доступны по всему миру и применимы во многих областях биомедицинских исследований.
«Некоторые из последних методов тканевой инженерии могут быть довольно дорогими, а некоторые из них могут потребовать длительных и утомительных процедур оптимизации для создания этих трехмерных каркасов», - говорит соответствующий автор Гулден Камчи-Унал. «На самом деле мы обращаемся к природе и пытаемся увидеть, что существует и как мы можем использовать это для регенерации тканей».
Каркасы, используемые в тканевой инженерии, помогают позиционировать клетки по определенному образцу, что, в свою очередь, позволяет им становиться функциональными тканеспецифическим образом. Однако найти идеальный каркас, который был бы пористым и биосовместимым с механической прочностью, непросто. По этой причине ученые теперь заимствуют готовые природные материалы для экономичного и устойчивого подхода.
«По сути, мы пытаемся упростить процесс и пытаемся использовать легкодоступные материалы, которые могут поместиться в ткани во время аппликации», - говорит Камчи-Унал.
Например, группа исследователей из Вустерского политехнического института в настоящее время изучает уникальные системы жилок различных растений, таких как шпинат. Густая сеть вен шпината напоминает сосудистую сеть человеческого сердца. Вымывая растительные клетки и оставляя матрицу растительной стенки позади, исследователи могут выращивать сердечную ткань на скелетах шпината.
Другие исследователи исследовали множество других материалов. Тофу используется в качестве богатого белком каркаса, который способствует заживлению ран за счет усиления адгезии клеток. Включение богатой кальцием яичной скорлупы для укрепления строительных материалов может ускорить заживление костей и регенерацию нервной ткани. Некоторые исследования черпали вдохновение в оригами для создания трехмерных бумажных каркасов для выращивания костной ткани.
«На протяжении тысячелетий люди использовали бумагу для самых разных целей, - говорит Камчи-Унал. «Но только 10 лет назад мы начали использовать их в качестве тканеинженерных каркасов для платформ клеточных культур. Я думаю, что иногда простые вещи просто упускаются из виду».
Недавние исследования ученых в области нетрадиционных биоматериалов показывают многообещающие результаты, но также требуют дальнейшего изучения в естественных условиях. Хотя эти биоматериалы улучшают функциональность, масштабируемость и устойчивость современной тканевой инженерии и потенциально обеспечивают новый подход к лечению широкого спектра заболеваний, предстоит еще много работы..
Прежде чем станет возможным клинический перевод, говорит Камси-Унал, необходимо установить стандартные протоколы, эффективность биоматериала и безопасность пациентов. Это особенно верно, потому что многие из этих биоматериалов часто упускаются из виду и недостаточно изучены. «Мы не знакомы с некоторыми материалами, потому что они еще не были тщательно изучены», - говорит она.«Мы не знаем, какие могут быть недостатки, или есть другие большие преимущества, о которых мы еще не знаем».
Еще одно преимущество этих нетрадиционных материалов природного происхождения заключается в том, что они могут упростить процессы тканевой инженерии и снизить стоимость исследований и воздействие на окружающую среду, что делает этот вид исследований более доступным во всем мире. «Мы хотим сделать науку доступной для всех в мире, а не только для хорошо оборудованных и обеспеченных ресурсами учреждений», - говорит Камчи-Унал. «Мы пытаемся разработать биоматериалы для всех».