grenzen voor jonge geesten

Abstract

organen en weefsels in het menselijk lichaam zijn vrij goed bestand tegen slijtage van het dagelijks menselijk leven, maar kunnen om vele redenen nog steeds falen. Regeneratieve geneeskunde is een gebied dat nieuwe instrumenten voor het herstellen en vervangen van beschadigde organen en weefsels verkent. Regeneratieve geneeskunde omvat een breed scala van behandelingen; bijvoorbeeld, stamceltherapie, en biomaterialen. Biomaterialen zijn materialen die worden gemaakt om met het menselijk lichaam in wisselwerking te staan. Ze kunnen worden ontworpen met veel verschillende materialen voor verschillende toepassingen en kunnen structureel vergelijkbaar met het orgaan of weefsel dat moet worden gerepareerd worden gemaakt. Het gebied van biomaterialen evolueert voortdurend en naarmate we meer leren over de interacties van biomaterialen met het lichaam op cellulair niveau, worden steeds meer biomaterial behandelingen ontwikkeld.

biomaterialen: bouwstenen voor weefselherstel

organen en weefsels in het menselijk lichaam hebben zeer specifieke, gecompliceerde functies. Ons leven hangt af van deze organen om correct te functioneren en de klok rond. Echter, soms organen en weefsels zijn beschadigd en kunnen falen, als gevolg van ziekten of ongevallen. Er zijn veel medische therapieën die kunnen helpen bij de behandeling van beschadigde organen, maar velen nog steeds niet de mogelijkheid om het orgaan te herstellen, zodat het weer volledig functioneert. De huidige behandelingen verbeteren bijvoorbeeld niet echt de hartfunctie na een hartaanval.Regeneratieve geneeskunde is een onderzoeksgebied dat nieuwe instrumenten biedt voor het herstellen van falende organen en het vervangen van beschadigde weefsels . Regeneratieve geneeskunde gebruikt iets genaamd weefselengineering om nieuwe strategieën te ontwerpen voor het herstel van beschadigde organen en weefsel. Weefselengineering betekent met behulp van biologie, chemie, en engineering om nieuwe materialen die compatibel zijn met het menselijk lichaam te maken en kan worden gebruikt om organen en weefsels te repareren of te vervangen . Er is een brede waaier van therapieën inbegrepen op het gebied van regeneratieve geneeskunde, met biomaterialen die één van de meer algemeen gebruikte hulpmiddelen zijn. Biomaterialen zijn als Lego ® bouwstenen en zijn gebruikt om weefsels en organen te repareren, zoals het hart, de huid, het hoornvlies en het zenuwstelsel . Biomaterialen zijn materialen die in het lichaam moeten worden ingebracht om beschadigde organen of weefsels te vervangen of te herstellen. Biomaterialen hebben vaak speciale eigenschappen waardoor ze in contact kunnen komen met menselijke cellen, weefsel en organen zonder door het lichaam te worden afgewezen. Bioengineering is de naam van het veld dat biomaterialen creëert en gebruikt om de huidige medische behandelingen te verbeteren .

regeneratieve geneeskunde gebruikt ook verschillende manieren om haar therapieën toe te passen, zodat ze effectief kunnen werken. Regeneratieve therapieën kunnen omvatten: (1) celtherapie met behulp van stamcellen, dat zijn onvolgroeide cellen die mogelijk elke cel of weefsel nodig kan worden of produceren, (2) bioengineering met behulp van biomaterialen, zoals we hier hebben beschreven, en (3) medicijnen en medicijnbehandelingen . Naarmate de regeneratieve geneeskunde verandert, verandert ook de manier waarop de behandelingen worden toegepast, vaak door bestaande methoden te combineren of nieuwe methoden te maken die meer geschikt zijn voor de behandeling. Biomaterialen, bioengineering en regeneratieve geneeskunde leiden momenteel de weg voor nieuwe medische therapieën, vooral voor het herstellen van organen die eerder dachten dat ze niet te herstellen zijn.

het verhaal van biomaterialen

biomaterialen zijn aanzienlijk verbeterd sinds ze voor het eerst werden ontwikkeld, en ze zijn nog steeds aan het veranderen, omdat wetenschappers meer inzicht blijven krijgen in ziekten en hoe de biomaterialen interageren met het lichaam . Biomaterialen kunnen worden gemaakt van een verscheidenheid aan materialen, afhankelijk van wat ze zullen worden gebruikt voor . Bijvoorbeeld, ze kunnen worden gemaakt van verschillende soorten natuurlijke componenten, zoals collageen dat wordt gevonden in het lichaam of alginaat dat afkomstig is van zeewier, synthetische materialen, zoals metaal, of een combinatie . De vroegste biomaterialen interageren niet met het menselijk lichaam, maar zij hadden gelijkaardige fysieke eigenschappen aan de beschadigde organen die zij werden gebruikt om te herstellen of te vervangen. Deze materialen werden vaak gemaakt van verschillende metalen, keramiek, of stoffen, zoals rubber. Deze vroege biomaterialen werden algemeen gebruikt als protheses, die kunstmatige lichaamsdelen zoals een been of een hart zijn, maar zij hadden slechte kambaarheid met het lichaam zodat zouden zij vaak worden afgewezen. Deze vroege materialen konden niet met het lichaam op cellulair niveau in wisselwerking staan, dat is wat de biomaterialen van vandaag proberen te doen. De vooruitgang in de ontwikkeling van nieuwe biomaterialen heeft materialen geleid die met het lichaam kunnen in wisselwerking staan om het helen en de regeneratie te bevorderen. Deze nieuwere biomaterialen werden beschouwd als bioactive, betekenend konden zij met het lichaam in wisselwerking staan, en chemische banden met weefsels vormen. Dit wordt gezien bij heupimplantaten die de botgroei bevorderen waardoor een calciumlaag, hydroxyapatiet genaamd, op het implantaat kan groeien. De nieuwste biomaterialen, als derde generatie biomaterialen wordt bekend, worden gemaakt om met het lichaam in wisselwerking te staan en een specifieke reactie van cellen in het lichaam te veroorzaken. Biomaterialen van de derde generatie kunnen ook de natuurlijke 3D-structuur van het lichaam nabootsen en weefselregeneratie (re-groei) stimuleren . De wetenschappers hebben biomaterialen enorm verbeterd en zij blijven aan hen werken, veranderend de eigenschappen van de materialen om effectiever in de lichamen van patiënten te werken.

welke vorm hebben biomaterialen?

biomaterialen kunnen veel verschillende vormen aannemen en van veel verschillende materialen worden gemaakt. Idealiter zouden biomaterialen een poreuze structuur moeten hebben, wat betekent dat zij kleine gaatjes hebben die gassen, vloeistoffen, en zelfs cellen door hen laten bewegen, gelijkend op het orgaan of weefsel dat zij trachten te helen. De cellen die in het helen helpen kunnen ook in de kleine poriën in het biomateriaal worden geladen . Op deze manier kan een poreus biomateriaal worden gebruikt om cellen te leveren aan een beschadigd weefsel. Het biomateriaal helpt de nieuwe cellen in het weefsel te houden waar ze nodig zijn om genezing te bevorderen. Bovendien lijkt de poreuze structuur van het biomateriaal veel op de “extracellulaire matrix”, die is als de steiger die cellen “vasthouden” in het lichaam . Biomaterialen kunnen zelf worden gebruikt als behandeling, of, zoals het voorbeeld hierboven, kunnen ze worden aangepast om medicijnen of cellen te bevatten om beschadigde weefsels te helpen herstellen (figuur 1). Biomaterialen kunnen bijvoorbeeld worden gebruikt om het hart na een hartaanval te genezen en te herstellen. Zij kunnen alleen worden gebruikt, of zij kunnen stamcellen bevatten, die cellen zijn die de capaciteit hebben om verschillende soorten cellen, met inbegrip van hartcellen te worden. Sommige biomaterialen kunnen worden voorbereid om af te breken nadat het helen is beëindigd . Biomaterialen kunnen ook worden gemaakt om bepaalde medicijnen vrij te geven die kunnen helpen bij het genezingsproces . Toekomstige ontwikkelingen in biomaterialen kunnen leiden tot de productie van vele nieuwe therapieën, waaronder kunstmatige organen. Dit zou de lange wachtlijst voor orgaantransplantaties elimineren.

figuur 1-biomaterialen voor weefsel-en orgaanherstel.
  • figuur 1-biomaterialen voor weefsel-en orgaanherstel.
  • biomaterialen kunnen cellen bevatten (boven) of zelf bij de patiënt worden gebruikt (onder). Na wat helende tijd, konden beide types van biomaterialen helpen het beschadigde weefsel zijn gezonde functies en eigenschappen terugwinnen.

biomaterialen kunnen helpen bij het genezen van niet-genezende organen

organen falen om veel verschillende redenen, vaak als gevolg van een combinatie van factoren. Het hart is een van de meest voorkomende organen om te falen, en een van de moeilijkste om te genezen. Hart-en vaatziekten (CVD) is een term die wordt gebruikt voor ziekten die het hart en de bloedvaten beïnvloeden. Patiënten met CVD lopen het risico op hartaanvallen, die aanzienlijke schade aan het hart en hartcelsterfte kunnen veroorzaken . Deze schade leidt tot verlies van de hartspier, die bestaat uit kloppende cellen genaamd “cardiomyocyten.”Het verlies van cardiomyocyten vermindert het vermogen van het hart om bloed door het lichaam te pompen . We geloofden dat cardiomyocyten niet konden regenereren. Nochtans, werd onlangs ontdekt dat cardiomyocytes sommige capaciteit hebben om te regenereren . Terwijl we nog steeds leren over de regeneratieve mogelijkheden van het menselijk lichaam, veel organen, zoals het hart, zijn traag te genezen, waardoor elke schade aan deze organen moeilijk te behandelen. Transplantatie is een optie voor het vervangen van een beschadigd weefsel of orgaan. Er is echter een ernstig tekort aan organen die beschikbaar zijn voor transplantatie. In Canada sterven elke week ongeveer vijf patiënten in afwachting van een orgaantransplantatie . Als alternatief voor orgaantransplantatie is regeneratieve geneeskunde veelbelovend als een therapie om het hart te herstellen, en andere langzaam genezende organen, zoals weergegeven in Figuur 2.

Figuur 2-regeneratieve geneeskunde voor het hart.
  • Figuur 2-regeneratieve geneeskunde voor het hart.
  • als alternatief voor harttransplantatie omvatten regeneratieve therapieën voor het hart celtherapie met behulp van volwassen stamcellen (linksboven), biomaterialen (rechtsboven) en farmacologische (geneesmiddelen) interventies (onderaan).

Maar Wacht … Zijn Er Beperkingen?

hoewel biomaterialen veelbelovend zijn, zijn ze nog in ontwikkeling; hun volledige potentieel moet nog worden onderzocht. Sommige beperkingen van biomaterialen hebben te maken met hoe zij met het lichaam van de patiënt in wisselwerking staan. Bijvoorbeeld, terwijl de biomaterialen het 3D Milieu van het orgaan of weefsel kunnen nabootsen zij herstellen, zijn de biomaterialen nog verschillend van het daadwerkelijke orgaan, en dit kan weefselregeneratie beperken. Bijvoorbeeld, biomaterialen geplaatst in het hart moeten kunnen samentrekken met het kloppende hart, of ze kunnen onregelmatige hartslagen veroorzaken . Ook hebben biomaterialen in het verleden niet genoeg zuurstof door het hart laten stromen om het gezond te houden . Tot nu toe zijn biomaterialen slechts in staat geweest om een gebied te repareren dat ongeveer een kwart zo groot is als het hart, dus in het geval van een grote hartaanval die meer van het hart beschadigt, zijn ze niet zo nuttig . Als wetenschappers blijven leren over de onderliggende oorzaken van ziekten, zullen ze in staat zijn om nieuwe biomaterialen te ontwikkelen om meer ziekten te behandelen. Daarnaast zijn de biomaterialen zelf nog steeds aan het vorderen, wat hopelijk zal leiden tot materialen die met succes een breed scala aan ziekten kunnen behandelen.

andere beperkingen van biomaterialen zijn niet zozeer fysiek, maar betreffen kwesties van de ethiek (morele waarden en regels) en de wetten rond het gebruik ervan. Er zijn ethische zorgen over het soort materialen dat wordt gebruikt, en waar ze vandaan komen, is het bijvoorbeeld ethisch om materialen van mensen te gebruiken om deze materialen te maken?

ten tweede kan het moeilijk zijn om biomaterialen te reguleren om ervoor te zorgen dat ze veilig zijn voor patiënten, omdat er zo ‘ n breed scala aan biomaterialen bestaat, gemaakt van verschillende componenten en gebruikt voor verschillende doeleinden. We hebben betere manieren nodig om ervoor te zorgen dat deze nieuwe therapieën effectief zijn bij het regenereren van beschadigde organen en weefsels, op een manier die de patiënt niet schaadt.

conclusie

er is aanzienlijke vooruitgang geboekt op het gebied van biomaterialen en regeneratieve geneeskunde, maar er zijn nog veel vorderingen mogelijk. De volgende generatie wetenschappers moet de interacties tussen het menselijk lichaam en biomaterialen blijven leren kennen en begrijpen om nieuwe, effectievere therapieën te ontwikkelen.

verklarende woordenlijst

regeneratie: Re-grow.

poreus: Kleine gaatjes om lucht, vloeistoffen en zelfs cellen door te laten gaan.

belangenverstrengeling verklaring

de auteurs verklaren dat het onderzoek werd uitgevoerd zonder enige commerciële of financiële relatie die als een potentieel belangenconflict kon worden opgevat.

Dankbetuigingen

EA en ES danken alle stagiairs die in hun labs hadden gewerkt en die een sleutelrol hadden gespeeld bij de ontwikkeling van nieuwe materialen voor orgaanherstel en die ook hadden bijgedragen tot een beter begrip van de onderliggende cel-biomateriale interacties. De auteurs willen ook de steun van de Canadese financieringsinstellingen NSERC (EA), CIHR (EA en ES), evenals aan de Universiteit van Ottawa Heart Institute bedanken. CL bedankt Een koningin Elizabeth II beurs voor M.Sc. studies.

Steinhauser, M. L., and Lee, R. T. 2011. Regeneratie van het hart. EMBO Mol. Med. 3:701–12. doi: 10.1002 / emmm.201100175

Chaudhuri, R., Ramachandran, M., Moharil, P., Harumalani, M., en Jaiswal, A. K. 2017. Biomaterialen en cellen voor hartweefsel engineering: huidige keuzes. Takel. Sci. Eng. C 79: 950-7. doi: 10.1016/j.msec.2017.05.121

Bhat, S., en Kumar, A. 2013. Biomaterialen en bioengineering morgen de gezondheidszorg. Biomatter 3: e24717. doi: 10.4161 / biom.24717

Cannon, B. 2013. Hart-en vaatziekten: biochemie van gedrag. Natuur 493: S2–S3. doi: 10.1038 / 493S2a

bloed -, orgaan-en weefseldonatie: Canada.ca (2018). Online beschikbaar op: https://www.canada.ca/en/public-health/services/healthy-living/blood-organ-tissue-donation.html#a32

Geef een antwoord

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd.