Наука и здоровье

Клеточная инженерия

Клеточная инженерия – это синтез инженерии с миром стволовых клеток, который стал за последнее десятилетие важной областью исследований и применения. Виды деятельности, которые являются частью этой сферы, варьируются от базовых исследований стволовых клеток до разработки моделей, инструментов, соответствующих технологий, продвижения биопродукции стволовых клеток и разработки продуктов и приложений на их основе. Таким образом, существует множество методов клеточной инженерии, с помощью которых инженеры и инженерные подходы могут внести вклад, как в развитие исследований стволовых клеток, так и в перевод базовой биологии стволовых клеток в терапию и коммерческое применение. В 2008 году в Коронадо, Калифорния, состоялась первая Международная конференция по разработке технологий стволовых клеток. Кроме того, в результате растущей важности этой темы (стимулируемой Международной конференцией по инженерии стволовых клеток 2010 года), Национальный научный фонд (NSF) при дополнительной поддержке со стороны Национального института стандартов и технологий, Национального института рака и Национальных институтов здравоохранения, профинансировал глобальную оценку разработки стволовых клеток. Это исследование проводилось Всемирным центром оценки технологий (WTEC), его цель состояла в том, чтобы сравнить НИОКР с деятельностью в этой сфере в глобальном масштабе, и в качестве первого шага – выявить пробелы и барьеры, основные инновации, возникающие в глобальном масштабе, и проанализировать возможности для глобального сотрудничества. Основная цель всего этого – направлять будущие инвестиции в те агентства, которые финансировали это исследование.

Клеточная тканевая инженерия

Вслед за исследованием WTEC, в июле 2013 года был проведен семинар в Сономе, Калифорния, который также финансировался NSF. Его тема – «Новые направления в тканевой инженерии и регенеративной медицине»; тем не менее, акцент здесь также был на разработке стволовых клеток. В дополнение к отчету, представленному NSF, в журнале Science Translational Medicine была опубликована редакционная статья с изложением рекомендаций, вытекающих из этого семинара. В этой редакционной статье авторы отмечают, что привлечение инженеров и инженерных подходов приведет к следующим результатам:

  • Количественное понимание основ биологии стволовых клеток.
  • Количественное понимание основ биологии стволовых клеток.
  • Появление инструментов, как для фундаментальных исследований, так и для перевода фундаментальной науки в терапевтическую практику на основе стволовых клеток и приемов клеточной инженерии.
  • Ускорение разработки новых терапевтических продуктов, при одновременном снижении затрат на процессы разработки.
  • Способность лечить заболевания и травмы, для которых в настоящее время нет эффективных вариантов лечения, путем разработки методов лечения на основе стволовых клеток и трансляции технологий стволовых клеток в коммерческие продукты.

Эти результаты будут способствовать росту биоэкономики 21-го века во всем мире.

Клеточная инженерия: применение

Когда мы смотрим в будущее, мы понимаем, что клеточная инженерия включает в себя много способов, с помощью которых инженеры и инженерные подходы могут способствовать общему прогрессу в наших знаниях о стволовых клетках и разработке приложений на их основе. В контексте фундаментальных исследований, как уже отмечалось, инженерия приносит необходимую информацию по количественному анализу изучения стволовых клеток и их функциях. Инжиниринг также дает системную перспективу и возможность проводить как анализ, так и синтез. Кроме того, в настоящее время признано, что не только микросреда стволовых клеток является очень сложной, но в дополнение к сигналам, которые являются биохимическими по природе, существуют не менее важные биофизические сигналы. Абсолютно важной проблемой является понимание возникающего поведения интегрированных сотовых систем, начиная с популяции стволовых клеток, которые могут стать интегрированной клеточной системой с различными типами клеток, необходимыми для формирования ткани или органа, заканчивая интегрированной клеточной системой, которой даже не существует в природе.

Применение такого понимания поможет в разработке так называемых моделей «орган-на-чипе», основанных на клетках человека. Это революционизирует разработку новых лекарств, предоставляя клеточную систему человека для исследований, начиная от токсичности до предварительной оценки эффективности. Понимание возникающего поведения интегрированных клеточных систем также может привести к появлению биологических машин, тех, которые даже не существуют в природе (например, область клеточной инженерии и клонирования), и тех, которые будут основаны на стволовых клетках и могут выполнять значимую полезную функцию.

Технологии клеточной инженерии

Помимо фундаментальных исследований, необходимо продолжать разрабатывать инструменты и различные стимулирующие технологии. Понятно, что новые стимулирующие технологии могут и будут принимать различные формы. К ним относятся разработка высокопроизводительных систем скрининга, использование и дальнейшее развитие микрофлюидных систем и биосенсоров. Еще одна активная технология – это компьютерное моделирование. Достижения в этой области помогут нам понять, как симфония сигналов контролирует судьбу и функцию стволовых клеток, и каким образом она будет играть важную роль в биопроизводстве, например, в разработке систем управления с обратной связью для обработки стволовых клеток. Это ведет к другому концу спектра, в котором инженеры и инженерные подходы трансформируют наши настольные знания о стволовых клетках в практическую клеточную терапию и высокотехнологичные продукты. В качестве примера можно привести область, которой занимается клеточная инженерия – это терапия с участием реваскуляризации сердца, которая требует, в общей сложности, 10 14 -10 15 клеток в год. В настоящее время, используемые системы обработки большей частью являются ручными; однако в ближайшем будущем появятся как минимум полуавтоматические системы, а в более долгосрочной перспективе – полностью автоматизированные. Такая автоматизация приведет к улучшению качества продукции, увеличению производительности и легкости в достижении соответствия нормативным требованиям.

Принимая во внимание необходимость привлечения инженеров и инженерные подходы практически во всех областях применения стволовых клеток, можно прогнозировать увеличение числа людей, работающих в этой сфере. Несмотря на то, что в этой дискуссии были выделены некоторые области для будущих исследований и разработок в области инженерии стволовых клеток, несомненно, будет много других областей, которые будут исследованы следующими поколениями в области тканевой инженерии и регенеративной медицины.

Вы можете обсудить эту статью на нашем форуме, достаточно нажать на кнопку ниже.

Метки
Обсудить статью на форуме

Администратор

Впереди еще много нового!

Related Articles

Back to top button
Close