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Module 1: Ingegneria dei tessuti

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Salve a tutti, benvenuti a un'altra lezione per la Drug Delivery Engineering and Principles. Ora stiamo discutendo di Tissue Engineering, passiamo a quello che abbiamo discusso nell'ultima classe.
(Riferimento Slide Time: 00.35)

Abbiamo introdotto quello che è l'ingegneria tissutale, perché si usa, perché è così importante? Ci sono diverse applicazioni - una è la sostituzione di organo intero. Quindi, essenzialmente se il vostro organo è danneggiato o non è funzionante, con l'ausilio dell'ingegneria tissutale, potete ottenere la sostituzione per questo - o da altri donatori o facendo crescere quel tessuto in laboratorio.
E così si può essenzialmente fare tutto questo. Così, abbiamo discusso vari pro e contro che sono coinvolti nel far nascere in laboratorio questi interi organo e continueremo la discussione ulteriormente.

(Riferimento Slide Time: 01.14)

Così, l'ultima volta che abbiamo parlato della decellularizzazione tissutale e di quello che ho discusso è, diciamo che se si ottiene un organo da un donatore o ci lascia dire da un animale, quello che si può fare è trattarlo con reagenti come detergenti e altri detergenti ciolitici che essenzialmente rimuoveranno tutte le cellule, ora si comincia a vedere tutto il pigmento.
Quindi, tutto il sangue e tutte queste cellule diverse che erano presenti in queste vicinanze sono sparite.
E alla fine si comincia ad arrivare a un organo molto pulito che contiene solo essenzialmente la struttura ECM abbastanza conservata tra le diverse specie e tra i diversi individui.
E così a quel punto si può quindi entrare e semi cellule autologhe e autologhe intendo le cellule della stessa umana e cellula. Diciamo se ho bisogno di un impianto per il mio fegato o cuore in questo caso; germozzeranno alcune delle mie cellule cardiache isolate dal mio corpo, che poi si espanderanno e la popoleranno. E una volta popolato, ci sono già vasi sanguigni che vengono anche popolati anche di alcune cellule endoteliali e che poi possono essere utilizzati per impiantarlo nel mio corpo.
Quindi, ecco tipicamente come questo va. Quindi, hai una fase A dove si ottiene un tessuto; così si possono vedere tutte queste cellule che sono presenti in questo tessuto. La tratti con una specie di detergenti e questi detergenti poi rimuovono tutte queste cellule. Così, in questa fase B solo la struttura ECM che rimane, tutte queste cellule sono sparite.

E poi nella fase C si prendono le cellule autologhe dal paziente che ha bisogno di questi tessuti. E le coltiate indietro, lasciatele crescere in una certa misura in cui sono una sorta di arrivare a qualche livello funzionale e poi la rimettete nell'umano, dove queste cose cresceranno poi.
Quindi, ancora questo è un processo abbastanza lungo se qualcuno sta arrivando con una questione di cuore e ha bisogno di un cuore immediatamente; non si può davvero usare. Ma se si tratta di un problema cronico, dove il cuore sta lentamente perdendo funzione e si sa di avere qualche mese; allora si può provare a percorrere questo processo e a far sostituire il cuore. E ancora dipende da quel tessuto, dipende dal problema, ma tutto questo può essere poi affrontato.
(Riferimento Slide Time: 03.52)

Quindi, passiamo alla prossima parte dell'ingegneria tissutale che sta rigenerando parte di un tessuto. Quindi, ancora questo è molto più riuscito in termini di parte bioingegneristica.
Ancora il donatore di organi ha un discreto successo come abbiamo discusso, ma in termini di rigenerazione di parte di strategie di tessuto e bioingegneria; quando viene richiesta solo una parte del tessuto allora le strategie di bioingegneria sono molto più riuscite.
Ci sono essenzialmente due approcci uno è che si può prendere un materiale, si possono prendere delle cellule è possibile mescolarle in vitro e poi è possibile seguirla con l'impianto. Quindi, essenzialmente si stanno fornendo le cellule richieste, si sta dando il materiale necessario, anche a volte lasciarlo crescere in vitro o semplicemente mescolarle in vitro. E poi ci si mette l'impianto e poi si spera che queste cellule e questi materiali sopravviveranno.

E poi queste cellule alla fine inizieranno a fare la loro funzione e otterrete la risposta e il restauro di qualunque funzione mancava nel corpo. L'altro approccio è anche solo per utilizzare il materiale stesso per fornire pontine. Molto del tempo il corpo ha molta capacità di rigenerazione. Così, si rigenererà finché troverà spazio e trova un ambiente giusto.
Quindi, in questo caso tutto quello che state facendo è dargli un ambiente giusto. C'è tutta una biblioteca di questi materiali. Alcuni materiali sono ampiamente utilizzati per alcuni organi, altri materiali ampiamente utilizzati per alcuni altri organi. Quindi, tutto questo può essere fatto e il giusto tipo di materiale può essere scelto per il giusto tipo di tessuto. E si ottiene che in scaffolatura e lascia che il corpo si guarire e si spera con questo approccio, si può ottenere qualche restauratore di funzione dopo qualche giorno, qualche settimana e dipende ancora dal tessuto.
Tutto l'obiettivo finale qui è quello di far tornare il tessuto al suo stato nativo. Quindi, voglio qualunque sia il problema che c'era in quel tessuto per essere risolto e dovrebbe tornare a quello che era prima di qualsiasi tipo di malattia o di qualsiasi tipo di incidente che si fosse verificato. E una delle applicazioni di questo è difetti cartilagini. Quindi, molto del tempo alcuni pazienti possono avere difetti nella cartilagine. Quindi, diciamo che se disegno l'articolazione del ginocchio e questo è lo strato di cartilagine, in alcuni casi a volte quello che succede è un pezzo della cartilagine è danneggiato.
Così, in quei casi quello che si può fare è che si può entrare con un ponteggio, basta riempire questo pezzo con esso e lasciare che le altre cellule lo popolino o si può arrivare con alcune delle cellule espanse già qui; lasciatela integrare con il resto del tessuto. La stessa cosa accade con gli innesti vascolari, dove si può avere qualche parte dei vasi sanguigni che si danneggiano forse è una placca, forse è altro.
E quindi se hai un recipiente qualche parte è bloccata, puoi prendere un'altra imbarcazione e appena innestata in modo tale che si connette all'interno del prossimo tessuto e puoi semplicemente bypassare questo blocco presente. Quindi, e poi ci sono le patch cardiache se una parte del cuore viene infarcita da quando le cellule sono morte.
Alcune funzioni non sono più presenti; non si batte nel tasso corretto. Così puoi venire con una patch che puoi mettere sull'area morta. E lasciare che le cellule dalle vicinanze la popolino e si differenziino essenzialmente in muscoli cardiaci che possono poi causare un restauro della zucca.

(Riferimento Slide Time: 07.49)

Ecco di nuovo, alcuni esempi. Così in questo caso si vedranno alcuni difetti; questo è più a scopo cosmetico e questo può anche influenzare la respirazione. Questo è stato corretto inserendo un impianto che, in questo caso, si appoggia strutturalmente affinché questa apertura nasale sia effettivamente aperta e l'aria possa passare.
Questo è più a scopo cosmetico. Quindi, quello che si può vedere è questo; questo è stato un buco più grande e l'altro nostril è molto più alto. Quindi, dopo un intervento chirurgico con utilizzo di tali materiali come questo, con un supporto strutturale, si possono ottenere che siano più simmetrici oltre che facili anche nella respirazione. Poi abbiamo già parlato anche degli innesti di cartilagine; quindi in questo caso si può vedere questa è un'immagine della cartilagine del ginocchio da un paziente. Così, si vede che c'è un buco, è chiaramente nella cartilagine; questo causerà un sacco di dolore e tanta questione mentre cammina.
Quindi, quello che è fatto è che si può entrare con un piccolo innesto che si può collocare in; questo innesto può essere popolato di cellule da solo o si può lasciare che le cellule del corpo dal circondario vadano in quest' area. E alla fine questo aiuterà con la facilità del dolore oltre a migliorare lo stile di vita. E questo è l'innesto vascolare di cui parlavo di lasciarci dire che questo è un vaso sanguigno e una parte del vaso sanguigno è ostruito.
Poi si può assumere un innesto vascolare; questo potrebbe essere alcuni polimeri che potrebbero essere utilizzati per questo scopo. E si può ordinare semplicemente di scavalcare questa zona in modo che il sangue possa effettivamente scorrere e i tessuti e le cellule a valle possano sopravvivere.

Quindi, per evitare che ciò che è fatto è questo stent viene utilizzato. Quindi, si ha un catetere che viene filettato a quel sito, una volta che raggiunge il sito dove si trovava la placca, un pallone viene utilizzato per espandere una stoffa metallica presente. E come stent metal si espande sulla placca e in realtà sposta fisicamente la placca.
Quindi, quello che potete vedere è ora che la mia imbarcazione è quasi aperta e tutte queste cellule che sono a valle possono sopravvivere. Ecco, questo è quello che viene tipicamente fatto nei casi, dove le persone entrano con problemi di placche. E questo in realtà è molto grave se non si fa più o meno questo si porterà a un infarto molto presto, dove una parte del cuore si ferma a battere e la persona non sta ottenendo sufficiente apporto di sangue in tutto il corpo.
(Riferimento Slide Time: 12.08)

Un altro esempio di questo è che abbiamo brevemente discusso in ogni caso, ovvero la sostituzione totale del ginocchio. Così, in questo caso si può vedere una radiografia di un ginocchio sostituito dal metallo. Quindi, se la cartilagine del ginocchio è stata completamente danneggiata o alcune ossa lunghe hanno una frattura e hanno bisogno di un supporto strutturale, si possono vedere viti in lastre di metallo inserite nel corpo del paziente. E questo permetterà a un paziente di sopportare effettivamente il peso e camminare intorno anche se l'osso è in realtà fratturato e l'osso può poi guarire nel tempo.
E in questo caso, questo non verrà guarito, l'hai appena sostituito completamente con un giunto in metallo e questo aiuterà la persona a camminare di nuovo. Poi i pacemaker sono usati piuttosto un po ', quindi a volte la segnaletica non è corretta e per questo il battito del cuore è molto errante. Così, puoi usare un pacemaker che darà segnali elettrici in una

modo coordinato in modo che batta in modo sincrono e fornisca sangue su tutto il corpo.
E poi contattate le lenti che di nuovo molto diffuse, probabilmente conoscete persone che usano o voi stessi usate queste lenti a contatto.
(Riferimento Slide Time: 13.20)

Quindi, parleremo brevemente di un altro giornale come esempio qui. Così, questo articolo è pubblicato in Acta Biomaterialia e sta utilizzando spazzole funzionalizzate peptide per l'aderenza cellulare controllata e quindi parliamo del perché questo è richiesto.
(Riferimento Slide Time: 13.39)

Quindi, come introduzione quello che vedete è lasciateci dire che ho messo in una articola di metallo. Quindi, in questo caso si tratta di una articolata in metallo, ma quello che spesso si vede è il corpo a volte non piace molto che ci sia un metallo presente nelle vicinanze.
Perché una volta messo questo metallo ci sono tutti i tipi di proteine addolorate e abbiamo già imparato cosa succede se non il giusto tipo di proteine ad assorbire, espongono alcuni siti che possono causare infiammazioni. Quindi, sappiamo che dalla nano - particella d'oro che stava assorbendo il fibrinogeno e poi stava causando infiammazioni. Quindi, se succede una cosa del genere allora questo impianto alla fine verrà rifiutato perché quello che state iniziando a vedere qui è; non c'è sufficiente integrazione di questo osso dell'anca.
Quindi, questo è il vostro osso normale e quello che state vedendo qui - quindi questa è la densità tipica dell'osso normale, ma come vedete qui la densità dell'osso è in realtà decrescente. Quindi, a causa dell'infiammazione l'osso non è realmente lagging di questa articolazione dell'anca, il giunto metallico che hai messo dentro, e la sua lenta degradazione.
E così si tratta di una questione seria perché se tutto l'osso che è presente nel circondario va via, allora non c'è nulla che possa stabilizzare il giunto metallico. Quindi, mettete lì nell'articolatore di metallo stabilizzare l'osso, ma quello che alla fine state facendo sta causando più danni all'osso. Quindi, può accadere in pochi casi e vogliamo prevenirlo.
Quindi, ancora questi impianti metallici sono utilizzati comunemente per la riparazione delle fratture; a seconda delle diverse proprietà, possono causare artefatti, potrebbero essere la risposta del corpo estranea, potrebbero essere schermature di stress magari e le proprietà meccaniche non corrispondono; ci sono alcune problematiche. Quindi, questo alla fine per impiantare un guasto e ora il paziente dovrà tornare in ospedale, dovranno togliere questo metallo che dovranno mettere un nuovo metallo e che può anche portare allo stesso problema.
E poi questo tasso di guasto è in realtà abbastanza alto. In effetti, in alcuni osteoporotici si può arrivare fino a 23%; quindi, praticamente tutti in quarto paziente avranno questo guasto impiantistico e dovranno tornare per l'intervento. E come ho detto i pazienti dovranno sottoporsi a un secondo e un intervento più invasivo perché ora non solo devi mettere una cosa nuova, ma devi prima rimuovere la cosa originale che è stata inserita. E quindi è molto invasivo, molto costoso molto doloroso; quindi è qualcosa che deve essere evitato.

(Riferimento Slide Time: 16.21)

E ancora una cosa veloce sulla risposta del corpo estranea. Si possono avere tutti i tipi di proteine che si depositano. E se scatenano l'infiammazione allora queste cose attireranno i macrofagi e i monociti dal sistema immunitario. Questo sta per lanciare una risposta immunitaria intera tutti i tipi di citochine, tutti i tipi di enzimi che vengono rilasciati e alla fine l'osso intorno a causa di tutta questa infiammazione si dissolverà. Quindi, questa è essenzialmente chiamata risposta del corpo estranea.
(Riferimento Slide Time: 16.57)

In questo caso quello che gli autori stanno cercando di fare è prevenire completamente l'adsorbimento proteico.
Così, come abbiamo discusso ci sono alcune strategie in cui si può prevenire l'adsorbimento proteico; le superfici idrofiliche sono migliori.
Quindi, ciò che è fatto è se non si ha nemmeno un adsorbimento proteico, allora questa cascata di risposta del corpo estranea non può essere avviata. Quindi, la prevenzione dell'adsorbimento proteico porterà anche a prevenire l'attaccamento delle cellule immunitari. Quindi, tutti questi leucociti non saranno in grado di legarlo perché non vi è alcuna proteina.
Quindi, intendo dire che i leucociti non possono davvero legarsi a queste catene idrofiliche e hanno bisogno di una sorta di proteina a cui legarsi. Ma se la proteina non è presente allora non avrete queste cellule immunitari in arrivo e così questo impedirà un successivo rifiuto di impianto. Quindi, questo è praticamente l'intero concetto di questo giornale.
(Riferimento Slide Time: 17.59)

Quindi, quello che poi hanno fatto è che hanno dimostrato di poter prendere delle slide in acciaio inossidabile. Possono fare qualche chimica su di esso. Così, in questo caso hanno aggiunto un composto chiamato dopamina; hanno rivestito questo sull'acciaio inox.
Lo hanno poi attivato con qualche iniziatore e poi in presenza di un certo catalizzatore; lo hanno reagito con OEGMA. Queste non sono niente, ma piccole catene di polimeri abbiamo discusso di OEGMA nei nostri coniugati antidroga. Quindi, quello che stanno facendo ora è coltivare OEGMA che è essenzialmente questa catena di coltivazione con un diritto pendente di peg.
Così, questo continuerà e poi il (Riferimento Orario: 18.42) pendenti ci saranno; quindi, sta andando a renderlo molto idrofilo. E come già sappiamo questo è questo atto come un tergiccio di parabrezza per assicurarsi che nessuna delle proteine sia in grado di interagire con la superficie. Quindi, questa superficie sarà essenzialmente, se ingranaggio, poi sono essenzialmente lotti e lotti di catene di polimeri che sono qui e non faranno che la proteina ad assorbirlo.
(Riferimento Slide Time: 19.10)

E poi quello che possono fare di più è; diciamo se voglio ottenere ancora meglio un segnale di segnalamento dalle cellule, diciamo che premia le cellule immunitari in arrivo ma che ne è delle cellule ossee? Io voglio che le cellule ossee entrino e in una sorta di deposito più osseo nei dintorni. Allora, allora quello che posso fare è o quello che questi autori hanno fatto è allora che hanno reagito ulteriormente per aggiungere dei leganti peptidici.
Quindi, qui hanno usato tutti i tipi di chemio, ma essenzialmente quello che hanno fatto è; hanno modificato questo gruppo idrossile e ad aggiungere dei leganti peptidici. E poi questi peptidi a seconda di ciò che si sta usando qualcosa come RGD; che viene comunemente usato, si può quindi mediare che tipo di segnalazione succede alla cellula. Così, si può dare una segnalazione che provoca l'upreterazione del degrado osseo e l'interazione con la cellula.

(Riferimento Slide Time: 20.02)

Ecco, questo è tutto il concetto; quindi ecco alcuni risultati. Così, hanno fatto qualche caratterizzazione di queste superfici. Quindi, quello che trovano è che le modifiche accadono; questa è un'immagine XPS per trovare quali elementi ci sono. E così quello che fanno trovano che, sì, rispetto ai non trattati si vede un profilo molto diverso in cui è arrivata la dopamina, è arrivato un sacco di azoto sulla dopamina.
E poi avete aggiunto un iniziatore dove si è presentato un picco di bromo e poi mentre siamo andati avanti; stiamo vedendo che una volta che il polimero è stato messo nel polimero è composto principalmente dall'ossigeno e dal carbonio. Ecco, questo è ciò che si vede prevalentemente sulla superficie e poi si può ulteriormente modificarlo e arrivare ai suoi leganti peptidi; che sono di nuovo tutto carbonio e ossigeno a base. Quindi, non si vede molto cambiamento in quello scenario.

(Riferimento Slide Time: 20.53)

Quindi, ora che l'hanno fatto; hanno testato se effettivamente l'adsorbimento proteico è ridotto. Quindi, qui hanno usato due proteine, una è un anticorpo che è qualcosa che attiva la risposta immunitaria e poi un'altra è la fibronectina che è di nuovo qualcosa che può causare il legame di molte cellule a queste superfici. Si tratta di una proteina ECM.
Quindi, quello che trovano è su una superficie non trattata si ottiene una lettura molto alta del vostro anticorpo sulla superficie mentre, una volta modificato con il polimero questo è enormemente ridotto. La stessa cosa, non c'è quasi alcun adsorbimento su fibronectina. Quindi, essenzialmente quello che stanno dicendo è un rivestimento di spazzole OEGMA polare riduce significativamente l'adsorbimento proteico non specifico, quando lo hanno confrontato con l'acciaio inossidabile non modificato.

(Riferimento Slide Time: 21.44)

Quindi, essenzialmente fibronectina causa l'aderenza cellulare. C'è polenta - OEGMA, non c'è il fibronectina e non c'è l'aderenza cellulare che sta per accadere ed è quello che vedete qui.
Quindi, queste sono superfici non trattate che sono cellule; quindi in questo caso hanno usato cellule staminali mesenchimali umane. E quello che trovano è su superfici non trattate, le cellule staminali mesenchimali umane stanno crescendo bene, si stanno diffondendo, ma poi come poliOEGMA è inserita; c'è una vasta riduzione della quantità di densità cellulare presente su questo, difficilmente qualsiasi cellula che veda. E anche il poco di celle ci sono anche la zona è molto bassa. Quindi, non tutta una zona, questo significa che la cellula non si sta diffondendo; non piace alla superficie.

(Riferimento Slide Time: 22.28)

Dal momento che si usa per l'osso e facciamo dire viti ossee, metalli delle ossa, ci sarà un sacco di stress meccanico. Quindi, poi hanno sperimentato se questi rivestimenti sopravvivono in questo. Quindi, quello che hanno fatto è che hanno usato superfici non trattate e le superfici OEGMA e poi quello che hanno fatto è che hanno usato anche una superficie che hanno impiantato in un cadavere e lo hanno detto. Giusto per imitare alcune forze meccaniche che questo intervento provocherà su questi metalli. Quindi, potrebbe esserci tutto il tipo di screwing e ogni tipo di spinta e tiratura su tutto questo. E quello che trovano sono questi rivestimenti che sopravvivono, non vedono alcuna differenza tra l'originale OEGMA e l'OEGMA che ha attraversato l'intervento.
Quindi questi rivestimenti sono abbastanza stabili. Quindi, in questo caso stavano usando delle viti.

(Riferimento Slide Time: 23.24)

E poi sono andati avanti e l'hanno ulteriormente modificato con i leganti adesivi. Così, in questo caso hanno usato un controllo peptidico scrambolo che è RDG a cui le cellule non interagiscono. E RGD che si lega alla cellula attraverso gli integrini e quello che trovano su RDG di nuovo si vede meno numero di celle oltre che di celle più arrotondate con una zona molto poco.
Quindi, le cellule non stanno limonando la superficie, ma si può modificarla con RGD e si può iniziare a vedere la diffusione delle cellule ovunque. Ecco, questa è una buona indicazione per quanto riguarda le cellule che ora iniziano a gradire la superficie questa è più quantificata qui. Quindi, la densità delle cellule è aumentata; così come anche l'area delle cellule che si allegano ha anche diffuso anche aree di aumento, suggerendo che le cellule abbiano ora iniziato a come la superficie ok. Ci fermeremo proprio qui e continueremo a riposare nella prossima classe.