조직공학과 재생의학을 임상에 적용하기 전에 고려해야 할 장점과 단점은 무엇인가요?

지후

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조직공학 기반 재생의학의 개발 현황과 응용 전망은 어떻습니까?

초대해 주셔서 감사합니다

@원림

! 이 질문에 완전히 답하려면 리뷰를 작성해야 하는데, 이는 분명히 당신이 보고 싶은 것이 아닙니다. 따라서 피청구인은 자신의 이해를 바탕으로 몇 가지 일반적인 설명과 논의를 하였다.

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먼저, 두 가지 중요한 개념인 조직공학과 재생의학에 대해 이야기해보겠습니다.

조직공학은 다학문적 학문으로 공학, 생명과학, 기초의학의 원리를 충분히 적용하여 생물학적으로 개발하고 제조하는 것입니다. 질병에 걸린 조직과 기관의 기능을 유지, 교체, 복구하고 심지어 향상시키기 위한 활성 조직 또는 기관 대체물입니다. 이 개념은 1980년대 말과 1990년대 초 Robert Langer(MIT)와 Joseph Vacanti(매사추세츠 종합병원)에 의해 제안되었으며, 그 개념과 기본 원리를 설명하기 위해 Science지에 연구 논문을 발표했습니다.

재생의학은 조직 공학을 포함하지만 신체 조직 시스템의 자가 치유도 포함하는 더 넓은 정의입니다. 조직 공학)과 재생 의학은 현재 주로 조직 공학의 궁극적인 목표 때문에 같은 의미로 널리 사용되고 있습니다. 복잡한 만성질환을 치료하기 위해 조직의 자가수복을 대체하거나 강화하는 것입니다.

(인간 귀 조직 공학, 출처: 하버드 대학교)

20년 이상의 개발 끝에 조직 공학은 기초 연구, 임상 적용 및 시장 변혁 분야에서 큰 성과를 거두었습니다. 매우 중요한 발전과 연구 결과는 임상 치료 아이디어를 크게 변화시켰으며 많은 환자에게 혜택을 주었습니다. 비교적 새로운 주제임에도 불구하고 탄생부터 많은 관심을 받아왔습니다. 국가(미국, 일본, 싱가포르, 중국 등)에서는 이 주제의 발전을 촉진하기 위해 막대한 연구비를 투자하고 있으며 동시에 수많은 관련 연구자(임상의, 엔지니어, 생물학자, 화학자, 재료과학자 등)은 이러한 잠재적인 분야에 매력을 느끼고 각자의 분야에서 보다 전문적인 지식과 기술을 활용하여 조직공학 분야의 발전을 지속적으로 촉진하고 있습니다.

최근 중국이 1999년부터 2009년까지 10년 동안 조직공학 분야에 전례 없는 인적, 재정적 자원을 투자했다는 점은 주목할 만하다. 조직 공학의 임상 응용 연구 및 개발. 과학 잡지는 2012년에 "조직 공학에 대한 중국의 추진"이라는 리뷰를 게재하여 이 분야의 중국 발전을 보고했으며 또한 이 분야의 중국 선구자에 대해 보도했습니다. Nantong University(신경계)의 Gu Xiaosong, Shanghai Jiao Tong University의 Cao Yilin (골격계), Tsinghua University의 Cui Fuzhai (뇌 조직).

재생의학의 경우 조직공학은 현재 다음과 같은 방향으로 지속적인 발전과 혁신을 이루고 있습니다.

1. 세포 공급원

일반적으로 표적 조직이나 장기의 재생 심근세포(심장), 상피세포(피부), 골격근세포(근육) 등과 같은 해당 세포의 사용이 필요합니다. 그러나 많은 세포가 자신의 원래 환경에서 분리되어 시험관 내에서 오랫동안 기능과 활성을 유지할 수 없습니다. 예를 들어 간세포의 시험관 배양은 항상 문제가 되어 왔습니다. 따라서 새로운 세포 공급원을 확보하는 것이 매우 중요합니다. 만능줄기세포를 이용하면 이 문제를 상당 부분 해결할 수 있다. 배아줄기세포(Embryonic Stem Cells)와 유도만능줄기세포(iPS cell)는 현재 뜨거운 연구 주제이며, 특히 iPS 세포는 독특한 기능과 질병을 유발하지 않는다는 점으로 전 세계 연구자들의 사랑을 받고 있다. 윤리적 문제 특정 조직과 기관의 분화를 위한 새로운 응용 프로그램을 개발합니다.

동시에, 골수 간질 세포, 지방 유래 줄기 세포, 제대혈 줄기 세포 등과 같은 조직 줄기 세포는 만능 줄기 세포보다 더 특이적이며 연구자들에 의해 재생을 위해 사용되어 왔습니다. 다른 조직. 연골 전구 세포 및 심장 전구 세포와 같은 보다 구체적인 세포도 성공적으로 분리되어 해당 조직의 재생에 사용되었습니다.

(콜로니를 형성하는 iPS 세포, 출처: Flickr)

2. 새로운 생체 ​​재료

성공적인 조직 공학은 생체 재료 개발 분야와 분리될 수 없습니다. 다양한 특성을 지닌 생물학적 조직을 재생하려면 재료 선택이 중요합니다. 조직 공학의 초기에는 물질이 세포 부착과 성장을 지원하는 지지체로 자주 사용되었습니다. 현재 신소재 개발은 주로 물질의 생물학적 특성에 초점을 맞추고 있습니다. 신소재는 지지체 역할을 할 뿐만 아니라 세포와 상호 작용하여 세포 이동, 확장 및 방향성 분화를 유도해야 합니다. 동시에 신소재에는 성장 인자 방출, 신호 인자 전달, 염증 억제 등 세포 성장의 미세 환경을 조절하는 기능도 부여됩니다. 자기조립 능력이 뛰어난 신생체재료는 외부 자극을 받으면 특정 시간, 특정 미세환경에서 목표 조직이나 기관의 형태로 자기조립이 가능하다. 이러한 연구는 아직 탐구의 초기 단계에 있지만 앞으로 흥미로운 획기적인 발전이 기대됩니다.

(새로운 생체 ​​재료로 조작된 생체모방 간 조직, 출처: NIH)

3. 신호 인자

체외 세포 배양의 경우 천연 간 조직이 부족합니다. 신체 내 요인 환경 및 관련 신호 요인으로 인해 표적 조직 및 기관으로 성공적이고 효율적으로 분화하는 것이 어렵습니다. 수년간의 연구 끝에 일부 조직의 방향성 분화에 필요한 성장 인자가 점차 확인되었습니다. 전통적인 조직 공학 방법은 일반적으로 배양된 세포 또는 세포가 탑재된 지지체 물질에 성장 인자의 정의된 조합을 직접 적용합니다. 그러나 성장인자의 분리 및 정제는 시간이 많이 걸리고 노동집약적이며 비용이 많이 들기 때문에 장기간 사용하기에는 최선의 선택이 아니다. 이 분야의 현재 개발은 주로 화학적 소분자, 유전자, 물리적 자극 등에 중점을 두고 있습니다. 작은 화학 분자의 작용을 통해 성장 인자와 동등한 생물학적 신호 전달 경로가 활성화되어 세포 분화를 유도할 수 있습니다. 유전자 전달을 통해 세포 자체는 외부 자극 없이도 분화하고 기능을 획득할 수 있습니다. 무중력, 압력, 지지체 표면 구조 등 다양한 표적 조직의 분화 과정에서 물리적 자극을 가하는 것도 세포 분화를 촉진할 수 있습니다. 새로운 생체 ​​재료를 결합하고 다양한 신호 인자와 재료를 병합하는 것도 소위 "스마트 재료"라고 불리는 연구 핫스팟입니다. 예를 들어 지속적인 약물 방출 기능을 갖춘 지지체, 플라스미드 DNA가 탑재된 하이드로졸 등이 있습니다.

(탈세포화된 쥐 신장의 재세포화, 출처: Harvard Medical School)

4. 생체 제조 방법

생체 제조는 이름에서 알 수 있듯이 비교적 새로운 기술입니다. 살아있는 유기체를 구성하는 기본 요소(세포, 성장 인자, 생물학적 물질 등)를 사용하여 기능적인 생물학적 조직이나 기관, 또는 연구용 생물학적 시스템을 만드는 것입니다. 가장 전통적인 조직공학 제조방법은 세포를 3D 지지체에 넣고 성장인자가 있는 환경에서 배양하는 것입니다. 수년간의 개발 끝에 다양한 조직에 대한 수많은 제조 방법이 개발되었습니다. 예를 들어, 탈세포화된 기관의 재세포화(De세포화)는 간, 신장, 심장 등의 조직 공학 실험에 사용되었으며, 세포 시트(Cell sheet)의 3D 조립은 연골, 혈관, 피부에도 성공적으로 적용되었습니다. 기타 조직 및 임상 제품은 미세 조직(미세 조직)을 기본 구조 단위로 사용하여 혈관, 간 조직, 근육 조직 등의 재생에도 성공적으로 사용되었습니다. 현재 매우 인기 있는 3D 바이오프린팅 기술의 출현은 조직 공학 및 재생 의학에 또 다른 새로운 혁명을 가져왔습니다. 정밀한 제어 능력과 개인화된 기능으로 인해 인간의 조직과 장기를 맞춤화하는 것이 가능합니다. 3D 바이오프린팅은 연구 초기 단계이고 극복해야 할 어려움이 많지만(참조:

3D 바이오프린팅의 주요 어려움은 무엇입니까

), 기술이 성숙되고 조직화됨에 따라 공학의 발달로 인간 장기를 성공적으로 3D 바이오프린팅하는 것은 환상이 아닙니다.

(조직공학을 위한 3D 바이오프린팅, 출처: 웨이크 포레스트 대학)

조직공학(Tissue Engineering)은 아직 많은 연구 성과가 제한적이지만 지속적으로 발전하고 발전해 왔습니다. 그러나 많은 기술은 이미 임상적 변혁과 시장화에 진입했습니다. 의료 분야에서의 적용뿐만 아니라 약물 테스트 및 독극물 테스트를 위한 재생 조직의 사용도 향후 5~10년 동안 연구 핫스팟으로 간주되며 이는 또한 생물 의학 산업에 혁명적인 돌파구를 가져올 것입니다.

(Human-on-a-Chip 약물 테스트 모델, 출처: Harvard University Wyss Institute)

참조:

1.

조직 공학에 대한 중국의 추진

2.

조직 공학 및 장기 제작 연구소

3.

Langer Lab: 로버트 랭거 교수

4.

/tags/tissue-engineering

(추천 도서)

6.

/terms/tissue_engineering.htm

(읽기 권장)

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Dr.

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