От химеры в греческой мифологии до сфинкса в Древнем Египте, люди тысячелетиями представляли себе создание существ из частей различных организмов.
По словам Горданы Вуньяк-Новакович, профессора биомедицинской инженерии и медицинских наук Фонда Микати, тканевая инженерия – инновационная область, в которой используются инженерные принципы для разработки биологических заменителей клеток или даже основных органов.
"От американских индейцев 3000 лет назад до эпохи Возрождения в Италии носы ремонтировали с использованием частей человеческих тканей," она говорит. "Сегодня мы объединяем основные достижения в биологии стволовых клеток, биоинженерии и клинической медицине, чтобы выращивать биологические заменители наших поврежденных тканей."
В качестве директора Колумбийской лаборатории стволовых клеток и тканевой инженерии лаборатория Вуньяка-Новаковича выращивает все виды человеческих тканей, от бьющихся участков сердца до костных трансплантатов, которые могут соответствовать оригинальной челюсти пациента.
"Мы смотрим, как что-то происходит в организме, как при нормальном развитии, так и при патологической функции, и воспроизводим эти состояния, используя инженерные принципы," говорит Вуньяк-Новакович.
Реконструкция челюсти ближе всего к клиническим испытаниям. Процесс начинается с получения компьютерной томографии кости, которая требует реконструкции. Они преобразуются в трехмерные изображения и используются для создания каркаса точной формы и размера дефекта.
Этот "вырасти свою собственную кость" подход может предложить альтернативы существующим методам использования неорганических материалов, таких как титан, которые не могут адаптироваться к телу. "Если пациент молод, титан не будет расти вместе с человеком и не изменится с возрастом," говорит Вуньяк-Новакович. "Мы пытаемся заменить эти материалы живой человеческой костью, выращенной в лаборатории." Об этом подходе было сообщено в 2009 году в Трудах Национальной академии наук и недавно было подтверждено в крупных исследованиях на животных.
Тканевые клетки образуют особые структуры, критически важные для их функции. Клетки сердечной мышцы, например, организуются в параллельные образования, позволяя сердцу сокращаться и перекачивать кровь через 100 000 миль кровеносных сосудов в теле. Клетки без специфической пространственной организации могут никогда не стать полностью функциональными, если они не будут реплицироваться в надлежащей структуре, сказал Вуньяк-Новакович. В ее лаборатории создается большое количество тканей, чтобы лучше изучить их структуру и изучить лекарственные препараты.
Джордж Энг, научный сотрудник программы MD / PhD, недавно разработал метод изготовления тканей, которые можно собирать, как Lego. Он создал шаблон и гидрогелевые капсулы различной формы – материал с гибкостью, подобной натуральной ткани, – которые соединяются вместе замком и ключом. Этот новый метод создания тканей позволяет исследователям создавать уникальные и контролируемые клеточные структуры, которые позволяют точно изучать функции клеток в ответ на множество различных сред. Об этом подходе сообщалось в выпуске журнала Proceedings of the National Academy of Sciences от 4 марта 2013 г.
Жизнь в лаборатории началась для Вуньяк-Новакович рано. Она выросла в Белграде, Сербия, в бывшей Югославии, где ее отец, инженер-химик, организовал для нее время лета в лабораториях. Она получила докторскую степень.D. получила степень бакалавра в области химического машиностроения в Белградском университете и в 1986 году поехала в Соединенные Штаты со своим мужем и сыном, чтобы учиться в Массачусетском технологическом институте по стипендии Фулбрайта. Решающим фактором стала встреча с профессором Массачусетского технологического института Робертом Лангером, который считается пионером тканевой инженерии. "Когда он объяснил, что занимается тканевой инженерией, я сказал: «Ткань какая??’но он сразу стал для меня профессиональной нишей на всю жизнь," она вспоминает.
Она много лет сотрудничала с Лангером, но стала приглашенным профессором Массачусетского технологического института в феврале 1993 года, когда республики бывшей Югославии уже находились в состоянии войны. "Моя бедная страна разваливалась на куски, поэтому мы продолжали продлевать свое пребывание," Вуньяк-Новакович вспоминает. Позже в том же году она поступила на полный рабочий день на факультет Массачусетского технологического института и получила грин-карту. Она стала натурализованным гражданином в 2000 году и приехала в Колумбию в 2005 году.
Вуньяк-Новакович считает сегодняшний день золотым веком для тканевой инженерии. "Я надеюсь, что в течение нашей жизни мы сможем оставить след и помочь людям жить дольше и лучше."