Ajutor la Tele2, tarife, intrebari

Odată ce a fost determinată adecvarea polimerului degradabil pentru utilizare în chirurgia țesutului osos, acesta a trebuit să fie format într-un material de schelă poros. Aici sunt necesari doi pași principali. În primul rând, trebuie să dezvoltăm o modalitate de a transforma polimerul într-un material în vrac. În al doilea rând, necesită o modalitate de a face materialul poros.

Fabricarea de materiale pentru ingineria țesuturilor

Modul corect de a face un material, sau reticulare, depinde parțial de natura chimică a polimerului. Polimerii lungi, liniari, saturati, cum ar fi PLGA, sunt de obicei formați într-un material în vrac prin împletirea lanțurilor polimerice individuale pentru a forma o rețea polimerică slab conectată. Împășirea unui lanț polimeric este adesea realizată prin turnarea polimerului într-o matriță. Astfel, polimerul este topit într-un solvent, apoi soluția este turnată într-o matriță sau înveliș, ulterior solventul se evaporă, lăsând polimerul ca material în vrac sub formă de înveliș. Alternativ, infuzia de polimer poate fi realizată prin căldură, presiune sau ambele. Deci, polimerul este plasat într-o matriță, încălzit la temperatura de tranziție sticloasă și, folosind presiunea, ia forma unei învelișuri. Avantajul acestor metode este că sunt relativ simple. Cu toate acestea, deoarece materialul este elastic numai datorită lanțurilor polimerice împletite, materialul general nu are rezistență mecanică. Acest dezavantaj este greu de depășit fără modificarea structurii chimice a polimerului.

O altă modalitate de a forma un material în vrac dintr-un polimer liniar implică formarea de legături chimice între lanțurile polimerice, cunoscute sub numele de legare polimerică. Legătura are loc cel mai adesea între duble legături nesaturate carbon-carbon, prin urmare această componentă, sau alta care dă o reacție similară, trebuie să existe undeva în lanțul polimeric. Un sistem de inițiere, de obicei radical sau ionic, este de asemenea necesar pentru a media legarea. Sistemul de inițiere se leagă de polimer și, ca răspuns la un impuls cum ar fi căldura, lumina, un accelerator chimic sau pur și simplu timpul, inițiatorul formează un produs care propagă legarea. Deoarece acești polimeri sunt formați într-un material în vrac prin legare covalentă, ei au de obicei o rezistență mecanică semnificativă. Mai mult, capacitatea lor de a se întări ca răspuns la un impuls aplicat permite acestor materiale să fie injectate în zona deteriorată, astfel încât să se întărească pe loc. Un dezavantaj major al materialelor lipibile este că complexitatea crescândă a materialului în prezența mai multor componente și reacții chimice duce adesea la probleme de citotoxicitate și biocompatibilitate.

De asemenea, trebuie remarcat faptul că punctul de pornire al materialului poate să nu fie un polimer, ci poate fi o moleculă mai mică, cum ar fi un oligomer sau monomer. Cu aceste molecule mai mici, materialul poate fi format prin inițierea polimerizării lor. Monomerii polimerizați pot forma ulterior material în vrac prin împletirea lanțurilor polimerice lungi în cazul unui monomer bifuncțional, sau rețele de ramificare în cazul monomerilor multifuncționali. Avantajele și dezavantajele asociate cu polimerizarea monomerului sunt aceleași ca și cu cuplarea polimerului.

Metodele descrise mai sus pot fi aplicate atât polimerilor hidrofobi cât și hidrofili. Principalul avantaj al polimerilor hidrofobi precum PLA față de polimerii hidrofili precum PEG este rezistența comparativă a gelului format. Cu toate acestea, polimerii hidrofobi nu pot fi utilizați în general pentru încapsularea celulelor, deoarece gelul interferează cu transportul apei, nutrienților și deșeurilor către și dinspre celulă. Gelurile formate din polimeri hidrofobi sunt utilizate de obicei ca o schelă în care celulele și țesuturile aderă la suprafața materialului, mai degrabă decât în ​​interiorul materialului. Pentru aplicațiile de încapsulare celulară, polimerii hidrofili sunt deosebit de utili (39, 46-51, 59-61). Acești polimeri formează un gel care conține adesea până la 90% apă, permițând o difuzie pasivă semnificativă a moleculelor în și în afara celulei. Conținutul ridicat de apă, din păcate, duce adesea la o deteriorare a proprietăților mecanice ale gelului. În ingineria țesutului osos, hidrogelurile pot fi utilizate într-un mediu neportant sau ca componentă într-o schelă cu proprietăți mecanice suficient de ridicate. Alegerea dintre polimerii hidrofili și hidrofobi depinde în principal de strategia de inginerie tisulară luată în considerare, precum și de țesuturile în sine.

Materiale biomimetice

Cercetările recente s-au concentrat pe materialele biomimetice. Materialele biomimetice, concepute pentru a imita mai îndeaproape structura matricei extracelulare, sunt de obicei hidrogeluri concepute pentru a interacționa într-un mod specific cu un anumit tip de celulă pentru a crea țesut artificial care are proprietățile dorite. În general, aceste materiale sunt primele produse prin crearea unui material care previne aproape complet adeziunea celulară. În continuare, moleculele semnal, de cele mai multe ori secvențe peptidice scurte obținute de proteinele de adeziune și implicate în adeziunea celulară specifică, sunt legate covalent de material. Rezultatul este un material care permite doar unui tip special de celulă să se atașeze de suprafața sa sau să-i pătrundă în pori.

Un factor foarte important care este adesea trecut cu vederea este că materialul inițial trebuie să prevină aderența accidentală a celulelor pentru ca materialul final să aibă o aderență specifică. Acest lucru se realizează adesea prin utilizarea unui hidrogel ca material de bază, deoarece se crede că hidrofilitatea hidrogelurilor previne adsorbția proteinelor hidrofobe necesare aderenței celulare. Factorii suplimentari care determină succesul acestei strategii sunt asocierea secvenței peptidice în excipient, mai mult decât pe suprafața materialului, distanța limitată furnizată secvenței peptidice astfel încât aceasta să se poată lega de receptorii de suprafață celulară și densitatea secvențele de peptide din material. În cele din urmă, studii suplimentare ale secvențelor de peptide specifice pentru aderarea populațiilor de celule distincte sunt necesare pentru succesul continuu al acestei tehnici.

Formarea porilor

Odată ce s-a dezvoltat o tehnică pentru transformarea unui polimer într-un material solid, este necesar să se găsească o modalitate de a forma o structură poroasă în interiorul materialului. Cea mai simplă metodă este să includeți porogenul în material înainte de preparare și apoi să eliminați porogenul. Volumul, odată umplut cu porogen, rămâne apoi gol, formând pori în interiorul materialului. Cunoscând densitatea materialului și a porogenului, porozitatea poate fi calculată controlând greutatea porogenului în raport cu materialul. Această metodă, cunoscută sub numele de leșiere porogenă, se realizează cel mai ușor folosind un porogen solubil în apă, cum ar fi sare, zahăr sau boabe de gelatină, care pot fi extrase prin înmuierea structurii în apă. Principiul acestei metode este că se poate colecta suficient porogen, astfel încât porii individuali să intre în contact unul cu celălalt, formând o structură poroasă conectată în interiorul materialului. Porozitatea conectată este necesară nu numai pentru extracția în timp util a porogenului, ci și pentru crearea unei schele pentru țesuturi viabile. Cantitatea de porogen necesară pentru conectare depinde de material și de porogen, dar de obicei 70% din greutatea structurii este porogen. În cele din urmă, metoda porogenului are avantajul că porozitatea legată poate fi realizată prin simpla măsurare a greutății structurii cadru înainte și după extracția porogenului, dacă greutatea porogenului conținut în structura cadru este egală cu greutatea pierdută prin leșierea porogenului. , conectivitatea a fost realizată.

A doua tehnică principală pentru formarea unei structuri poroase implică utilizarea unui gaz pentru a crea pori în material. De obicei, gazele precum azotul sau dioxidul de carbon sunt introduse în materialul în vrac în timpul preparării acestuia, fie prin gazarea materialului, fie prin producerea de gaz ca produs al unei reacții chimice. O altă metodă este formarea de bule de solvent înghețat, care sunt îndepărtate treptat prin evaporare pentru a obține o structură poroasă a materialului. Din nou, principiul de bază al acestei metode este de a combina un volum suficient de gaz pentru a forma o structură poroasă coerentă.

În prezent, au fost dezvoltate tehnologii mai simple pentru crearea structurilor de cadru cu o structură specifică. Până în prezent, aceste metode sunt cel mai des folosite pentru a forma schele poroase, precum cea descrisă mai sus, pentru a obține o schelă cu o structură aleatorie. Această structură poroasă aleatorie are două dezavantaje. În primul rând, înrăutățește foarte mult proprietățile mecanice ale cadrului. Acest lucru duce la necesitatea creării de materiale cu proprietăți mecanice foarte ridicate, astfel încât schela rezultată să poată fi utilizată în ingineria țesutului osos, iar acest lucru limitează alegerea materialelor utilizate. În al doilea rând, și la fel de important, porozitatea aleatorie împiedică studiile serioase ale efectului structurii schelei asupra formării țesuturilor - o problemă foarte serioasă pentru ingineria țesutului osos. Metodele de vârf pentru crearea de schele structurate includ tehnici rapide de fabricare a modelelor, cum ar fi imprimarea 3D și stereolitografia.

J.P. Fisher și A.H. Reddit, Ingineria funcțională a țesuturilor osoase: semnale și schele
Traducere de Marina Borisova

Definiție Una dintre domeniile biotehnologiei care se ocupă cu crearea de înlocuitori biologici pentru țesuturi și organe. Descriere Crearea substituenților biologici de țesut (grefe) include mai multe etape: 1) selecția și cultivarea materialului celular propriu sau donator; 2) dezvoltarea unui purtător special pentru celule (matrice) pe bază de materiale biocompatibile; 3) aplicarea unei culturi celulare la matrice și proliferarea celulară într-un bioreactor cu condiții speciale de cultivare; 4) introducerea directă a grefei în zona organului afectat sau plasarea preliminară într-o zonă bine aprovizionată cu sânge pentru maturare și formarea microcirculației în interiorul grefei (prefabricare). Materialul celular poate fi reprezentat de celule ale țesutului regenerat sau celule stem. Pentru realizarea matricelor de grefă se folosesc materiale sintetice inerte biologic, materiale pe bază de polimeri naturali (chitosan, alginat, colagen), precum și materiale biocompozite. De exemplu, echivalenții de țesut osos sunt obținuți prin diferențierea direcționată a celulelor stem din măduva osoasă, sângele din cordonul ombilical sau țesutul adipos. Apoi osteoblastele rezultate sunt aplicate pe diverse materiale care le susțin diviziunea - os donator, matrice de colagen, hidroxiapatită poroasă etc. Echivalentele de piele vii care conțin celule donatoare sau proprii ale pielii sunt utilizate în prezent pe scară largă în SUA, Rusia și Italia. Aceste modele pot îmbunătăți vindecarea suprafețelor extinse de arsuri. Dezvoltarea grefelor se realizează și în cardiologie (valve artificiale ale inimii, reconstrucția vaselor mari și a rețelelor capilare); pentru refacerea organelor respiratorii (laringele, traheea si bronhiile), intestinul subtire, ficatul, sistemul urinar, glandele endocrine si neuronii. Utilizarea celulelor stem este utilizată pe scară largă în domeniul ingineriei tisulare, dar are limitări atât de natură etică (celule stem embrionare), cât și genetice (în unele cazuri, are loc diviziunea malignă a celulelor stem). Cercetările din ultimii ani au arătat că cu ajutorul manipulărilor de inginerie genetică este posibil să se obțină așa-numitele celule stem pluripotente (iPSc) din fibroblastele pielii, care sunt similare ca proprietăți și potențial cu celulele stem embrionare. Nanoparticulele de metal în ingineria țesuturilor sunt folosite pentru a controla creșterea celulelor prin expunerea acestora la câmpuri magnetice de diferite direcții. De exemplu, în acest fel a fost posibil să se creeze nu numai analogi ai structurilor hepatice, ci și structuri complexe precum elemente ale retinei. Materialele nanocompozite oferă, de asemenea, rugozitatea suprafeței la scară nanometrică a matricelor pentru formarea eficientă a implanturilor osoase folosind litografie cu fascicul de electroni (EBL). Crearea de țesuturi și organe artificiale va elimina necesitatea transplantului majorității organelor donatoare și va îmbunătăți calitatea vieții și supraviețuirea pacienților. Autorii

• Naroditsky Boris Savelievici, doctor în științe biologice
• Nesterenko Lyudmila Nikolaevna, Ph.D.

Legături

1. Nanotehnologie în ingineria țesuturilor / Nanometru. - URL: http://www.nanometer.ru/2007/10/16/tkanevaa_inzheneria_4860.html (data acces 10/12/2009)
2. Celula stem / Wikipedia - enciclopedia liberă. URL: ttp://ru.wikipedia.org/wiki/Stem cells (data acces 10/12/2009)

Ilustrații
Etichete Secțiuni Nanomateriale biomimetice
Formarea nanomaterialelor folosind sisteme și/sau metode biologice
Bionanomateriale și nanomateriale biofuncționalizate
Bionanotehnologii, nanomateriale biofuncționale și dispozitive biomoleculare la scară nanometrică

Dicţionar Enciclopedic de Nanotehnologii. - Rusnano. 2010 .

Vedeți ce înseamnă „ingineria țesuturilor” în alte dicționare:

inginerie tisulară- Metode de control al celulelor corpului pentru a forma noi țesuturi sau a exprima substanțe biologic active Subiecte de biotehnologie EN ingineria țesuturilor... Ghidul tehnic al traducătorului

Termenul bioinginerie Termenul în engleză bioinginerie Sinonime inginerie biomedicală Abrevieri Termeni înrudiți polimeri biodegradabili, sisteme microelectromecanice biomedicale, biomimetică, nanomateriale biomimetice, ... ...

Termenul nanomateriale biomimetice Termenul în engleză nanomateriale biomimetice Sinonime de biomimetică, biomimetică Abrevieri Termeni înrudiți proteine, polimeri biodegradabili, bioinginerie, biomimetică, biocompatibilitate, biocompatibil... ... Dicţionar Enciclopedic de Nanotehnologie

Vadim Sergeevich Repin Data nașterii: 31 iulie 1936 (1936 07 31) (76 de ani) Locul nașterii: URSS Țara ... Wikipedia

- (placentă latină, „tort”) un organ embrionar la toate mamiferele placentare femele, unele marsupiale, pești-ciocan și alți pești cartilaginoși vivipari, precum și onicofori vivipari și o serie de alte grupuri de animale, permițând ... ... Wikipedia

Conține unele dintre cele mai remarcabile evenimente actuale, realizări și inovații în diverse domenii ale tehnologiei moderne. Noile tehnologii sunt acele inovații tehnice care reprezintă schimbări progresive în domeniu... ... Wikipedia

Articolepolimeri biodegradabiliamfifilimembrană biologicămotoare biologicenanoobiectempatibilebisl... Dicţionar Enciclopedic de Nanotehnologie

Articole particule „cu două fețe” actuatorbacterioclorofilămotoare biologicenanoobiecte biologicebiomimetică nanomateriale biomimeticebiobistrat pe bază de nanomaterialelegatură de hidrogen... Dicţionar Enciclopedic de Nanotehnologie

Articole chimie „moale”membrană biologicăbiomimetică nanomateriale biomimeticebiosenzor acoperiri biocompatibile inginerie cu două straturimateriale hibrideADN microcipLivrare genecap... Dicţionar Enciclopedic de Nanotehnologie

Aceasta este o listă de servicii de articole create pentru a coordona activitatea de dezvoltare a subiectului. Acest avertisment nu se aplică... Wikipedia

Cărți

• Ingineria țesuturilor, Echipa de creație a emisiunii „Breathe Deeper”. O abordare fundamental nouă - ingineria celulară și tisulară - este cea mai recentă realizare în domeniul biologiei moleculare și celulare. Această abordare a deschis perspective largi pentru crearea... audiobook

Inginerie tisulară este știința de proiectare și fabricare a țesuturilor, inclusiv a oaselor și a altor țesuturi musculo-scheletice. Atât ingineria tisulară, cât și morfogeneza se bazează pe trei componente - semnale morfogenetice, celule stem competente și structuri de schelă. Restaurarea țesuturilor musculo-scheletice rezumă atât dezvoltarea embrionară, cât și morfogeneza. Morfogeneza este un grup de științe în curs de dezvoltare care studiază formarea structurilor, structura generală a corpului pe calea către funcționarea adultului.

Prin urmare, impulsurile implicate în morfogeneză trebuie să fie utilizate în ingineria țesutului osos. Proteinele morfogenetice osoase au o funcție larg direcționată (pleiotropă) în formarea primară a structurilor, diferențierea celulară și restaurarea osului și a cartilajului articular. Capacitatea osului de a se schimba (capacitatea recreativă) depinde de proteinele osoase morfogenetice din matricea osoasă. Proteinele morfogenetice osoase actioneaza prin receptori si Smads 1, 5 si 8 pentru a stimula cartilajele si liniile celulare osoase. Homeostazia oaselor și cartilajului prelucrate prin inginerie tisulară depinde de menținerea matricei extracelulare și de biomecanica. Utilizarea proteinelor morfogenetice osoase în terapia genică și izolarea celulelor stem în schele de matrice extracelulară biomimetică duce la funcționalitatea osului. În concluzie, trebuie remarcat faptul că timpul nostru este un moment al descoperirilor interesante în domeniul ingineriei țesuturilor funcționale, al impulsurilor osoase, al structurilor de schelă și al celulelor stem.

Una dintre provocările cu care se confruntă un chirurg ortoped este repararea și reconstrucția unui segment mare de os scheletic deteriorat ca urmare a îndepărtării unei tumori osoase maligne sau a unui traumatism. Deși grefa alogenă pentru segmente osoase mari a câștigat o acceptare din ce în ce mai mare, are dezavantajele posibilelor fracturi. Problema fracturilor osoase la pacienții cu osteoporoză postmenopauză, metastaze de la cancerul de sân sau de prostată și tulburări metabolice precum diabetul necesită aplicarea principiilor ingineriei tisulare la os.

Ingineria tisulară este știința de a proiecta și produce noi țesuturi pentru a restabili funcțional organele deteriorate și a înlocui părțile corpului pierdute din cauza cancerului, a diferitelor boli și leziuni. Printre multe țesuturi din organism, osul are o capacitate mare de regenerare și, prin urmare, este un reper pentru principiile ingineriei tisulare în general. În viitorul apropiat, acumularea de cunoștințe în domeniul ingineriei tisulare va duce la crearea de implanturi osoase cu parametri specificați pentru utilizarea în chirurgia ortopedică.

Cele trei componente principale ale ingineriei tisulare și ale regenerării tisulare sunt semnalele, celulele stem și schelele. Specificitatea semnalelor depinde de morfogeneza țesuturilor și de stimulii inductivi din embrionul în curs de dezvoltare. În general, se reproduc în timpul regenerării. Grefele osoase au fost folosite de chirurgi de peste o sută de ani. Urist a făcut o descoperire importantă, arătând că implantarea de segmente demineralizate, liofilizate de os alogen de iepure a determinat formarea de os nou. S-a demonstrat că stimularea formării osoase este o acțiune secvențială, pas cu pas, în care au loc trei etape cheie - chemotaxie, mitoză și diferențiere. Chemotaxia este mișcarea direcționată a celulelor sub influența semnalelor chimice eliberate din matricea osoasă demineralizată. Mișcarea și aderența ulterioară a celulelor formatoare de os pe matricea de colagen este determinată de prezența fibronectinei în aceasta.

Vârful proliferării celulare sub influența stimulenților de creștere eliberați din matricea demineralizată insolubilă se observă în a treia zi. Formarea cartilajului atinge maximul în zilele 7-8, urmată de invazia vasculară și, începând din zilele 9, apare osteogeneza. Formarea osoasă atinge maximul în zilele 10-12, după cum indică activitatea fosfatazei alcaline. Aceasta este urmată de o creștere a osteocalcinei, o proteină care conține acid γ-carboxiglutamic osos (BGP). Osul imatur nou format este umplut cu măduvă osoasă roșie până în ziua 21. Os demineralizat prin eliberarea proteinelor morfogenetice osoase, care determină impulsurile inițiale pentru morfogeneza osoasă, precum și formarea multor organe pe lângă oase, cum ar fi creierul, inima, rinichii, plămânii, pielea și dinții. Prin urmare, putem trata proteinele morfogenetice ale oaselor ca pe proteinele morfogenetice ale corpului.

J.P. Fisher și A.H. Reddit, Ingineria funcțională a țesuturilor osoase: semnale și schele
Traducere de Marina Borisova

Dezvoltarea transplantului de celule moderne și introducerea lui în clinică în ultimele decenii a făcut posibilă prelungirea vieții a multor mii de pacienți. În prezent, știința transplantului de celule rămâne una dintre domeniile cu cea mai rapidă dezvoltare din biologie și medicină. Următoarele metode sunt deja în curs de studii clinice:

– transplantul de celule hematopoietice proprii pentru scleroza multipla, lupus eritematos sistemic, artrita reumatoida;
– transplantul de celule hematopoietice în tratamentul tumorilor maligne ale rinichilor, mamare și pancreasului și creierului;
– transplantul de celule stem donatoare pentru a preveni boala grefă contra gazdă după transplantul anterior de celule hematopoietice;
– imunoterapie adaptivă (limfocite T citotoxice) în oncologie, vaccinuri oncologice celulare;
– transplantul de mioblaste ale țesutului muscular scheletic;
– transplantul de celule neuronale la pacienții cu sindrom post-AVC;
– transplantul de celule ale măduvei osoase proprii și donatoare pentru a îmbunătăți regenerarea țesutului osos după fracturi.

Progresele în domeniul cercetării celulelor stem se datorează în mare măsură interesului sporit al oamenilor de știință și al clinicienilor față de perspectivele de utilizare a acestora în tratamentul bolilor considerate în prezent incurabile. Cu toate acestea, acest lucru ridică multe probleme etice (cum ar fi, de exemplu, utilizarea celulelor embrionare umane ca material de transplant), precum și probleme legate de reglementarea legală a tehnologiilor celulare. În dezvoltarea tehnologiilor celulare, următoarele domenii sunt considerate cele mai promițătoare:

– izolarea și transplantul de celule stem, inclusiv celulele proprii ale pacientului;
– identificarea subpopulațiilor și clonelor de celule stem;
– testarea siguranței transplantului (infecțios, oncogen, mutagen), întocmirea unui „pașaport celular”;
– izolarea liniilor individuale de celule stem embrionare folosind transferul nuclear de celule somatice;
– corectarea defectelor genetice prin transplant de celule prenatale sau o combinație de transfer nuclear și terapie genetică.

Inginerie tisulară

Una dintre domeniile biotehnologiei care se ocupă cu crearea de înlocuitori biologici pentru țesuturi și organe este ingineria țesuturilor (TI).

Ingineria modernă a țesuturilor a început să prindă contur ca o disciplină independentă după munca lui D.R. Walter și F.R. Meyer (1984), care a reușit să restaureze corneea deteriorată a ochiului folosind material plastic crescut artificial din celulele prelevate de la pacient. Această metodă se numește keratinoplastie. În urma unui simpozion organizat de Fundația Națională pentru Știință din SUA (NSF) în 1987, ingineria țesuturilor a început să fie considerată o nouă direcție științifică în medicină. Până în prezent, majoritatea lucrărilor din acest domeniu au fost efectuate pe animale de laborator, dar unele dintre tehnologii sunt deja folosite în medicină.

Crearea organelor artificiale constă în mai multe etape (Fig. 2).

Orez. 2. Schema de prelucrare a structurilor de inginerie tisulară

În prima etapă, este selectat materialul celular propriu sau donator (biopsie), celulele specifice țesuturilor sunt izolate și cultivate. Structura de inginerie tisulară, sau grefa, include, pe lângă cultura celulară, un purtător (matrice) special. Matricele pot fi realizate din diverse materiale biocompatibile. Celulele culturii rezultate sunt aplicate pe matrice, după care o astfel de structură tridimensională este transferată într-un bioreactor1 cu mediu nutritiv, unde este incubată pentru un anumit timp. Primele bioreactoare au fost create pentru a produce țesut hepatic artificial.

Pentru fiecare tip de altoi cultivat se selecteaza conditii speciale de cultivare. De exemplu, pentru a crea artere artificiale, se folosește un bioreactor cu flux, în care se menține un flux constant al unui mediu nutritiv cu presiune variabilă a pulsului, simulând pulsația fluxului sanguin.

Uneori, la crearea unei grefe, se folosește tehnologia de prefabricare: structura este plasată mai întâi nu într-un loc permanent, ci într-o zonă bine aprovizionată cu sânge, pentru coacere și formarea microcirculației în interiorul grefei.

Culturile celulare care fac parte din țesutul regenerat sau sunt precursorii acestora sunt folosite ca material celular pentru crearea organelor artificiale. De exemplu, la obținerea unei grefe pentru reconstrucția falangei unui deget, s-au folosit tehnici care au determinat diferențierea direcționată a celulelor stem din măduva osoasă în celule de țesut osos.

Dacă materialul celular al pacientului a fost folosit pentru a crea grefa, atunci integrarea aproape completă a grefei are loc cu o restabilire rapidă a funcției organului regenerat. În cazul utilizării unei grefe cu celule donatoare, organismul pornește mecanismele de inducție și stimulare a propriei sale activități reparatorii și, în decurs de 1-3 luni, celulele proprii ale corpului înlocuiesc complet celulele grefei în descompunere.

Biomaterialele utilizate pentru obținerea matricelor trebuie să fie biologic inerte și, după altoire (transferate în corp), să asigure localizarea materialului celular aplicat acestora într-un loc anume. Majoritatea biomaterialelor de inginerie tisulară sunt ușor distruse (resorbite) în organism și înlocuite cu propriile sale țesuturi. În acest caz, nu trebuie formate produse intermediare care sunt toxice, modifică pH-ul țesutului sau afectează creșterea și diferențierea culturii celulare. Materialele neresorbabile sunt aproape niciodată folosite, deoarece limitează activitatea regenerativă, provoacă formarea excesivă a țesutului conjunctiv și provoacă o reacție la un corp străin (încapsulare).

Pentru a crea țesuturi și organe, în principal materiale sintetice, se folosesc materiale pe bază de polimeri naturali (chitosan, alginat, colagen), precum și materiale biocompozite (Tabelul 3).

Tabelul 3. Clase de biomateriale utilizate în ingineria țesuturilor.

Biomaterial	Biocompatibil pod (inclusiv citotoxicitate)	Toxicitate	Resorbţie	Zona de aplicare
Sintetice: polimeri pe bază de acizi organici Hidroxiapatită			Plin până la CO2 și H2O Neresorbabil	Chirurgie, în ingineria tisulară ca matrice purtătoare pentru aproape toate culturile celulare. Os
Natural: alginat				Materiale de pansament, în ingineria tisulară sub formă de hidrogeluri (condroblaste, celule nervoase)
				Materiale de pansament, în echipamente tehnice sub formă de pelicule, bureți; în combinație cu colagen (reconstrucția oaselor, mușchilor, țesutului cartilajului, tendoanelor)
Colagen			Înlocuire cu proteine ​​proprii, liză enzimatică	Materiale de pansament, în TI (bureți, modele tridimensionale, filme) ca matrice purtătoare pentru aproape toate culturile celulare.
Matrice extracelulară (membrane biologice naturale)	++++ (datorită substanțelor biologic active și factorilor de creștere incluși în structură)		Remodelări cu înlocuire cu proteine ​​proprii	Material de sutură, în TI (modele tridimensionale, filme) ca matrice purtătoare pentru aproape toate culturile celulare

Biomaterialele sintetice biodegradabile pe bază de polimeri ai acizilor organici, cum ar fi acidul lactic (PLA, polilactat) și acidul glicolic (PGA, poliglicolidă), au fost printre primele care au fost utilizate în ingineria țesuturilor. În acest caz, polimerul poate conține fie un tip de reziduu acid, fie combinațiile lor în diferite proporții. Matricele pe bază de acizi organici au stat la baza formării organelor și țesuturilor precum piele, oase, cartilaj, tendon, mușchi (striat, neted și cardiac), intestin subțire etc. Aceste materiale au însă dezavantaje: modificări ale pH-ului a țesuturilor înconjurătoare atunci când sunt defalcate în organism și au o rezistență mecanică insuficientă, ceea ce nu permite utilizarea lor ca material universal pentru matrice și substraturi.

Un loc special printre materialele pentru purtătorii de biomatrice îl ocupă colagenul, chitosanul și alginatul.

Colagenul nu are practic proprietăți antigenice. Folosit ca matrice, este distrus prin hidroliza enzimatica si inlocuit structural cu proteine ​​proprii sintetizate de fibroblasti. Matricele cu proprietăți specificate pot fi făcute din colagen pentru reconstrucția aproape a oricăror organe și țesuturi. Fiind o proteină naturală a țesutului (intercelular), este potrivită în mod optim ca purtător de cultură celulară, asigurând creșterea și dezvoltarea țesuturilor.

Alginatul este o polizaharidă din alge marine care poate fi folosită ca matrice purtătoare, dar nu are suficientă biocompatibilitate și proprietăți mecanice optime. Este folosit în mod obișnuit sub formă de hidrogeluri pentru a reface cartilajele și țesutul nervos.

Chitosanul este o polizaharidă care conține azot, care este componenta principală a acoperirii exterioare a insectelor, crustaceelor ​​și arahnidelor. Acest biomaterial este obținut din cochiliile chitinoase ale crustaceelor ​​și moluștelor. În prezent, un medicament cu o compoziție combinată, un complex de colagen-chitosan, merită atenție. În cursul studiilor de laborator și clinice, inerția și capacitatea sa de a menține viabilitatea culturii celulare ca in vitro, asa de in vivo. Acest complex este aprobat de Ministerul Sănătății al Federației Ruse ca pansament și agent de vindecare a rănilor și este deja utilizat în practica clinică în chirurgie și stomatologie.

Posibilități moderne de inginerie tisulară

Majoritatea cercetărilor din domeniul ingineriei tisulare vizează obținerea de echivalente tisulare de un fel sau altul. Cea mai studiată zonă a ingineriei tisulare este reconstrucția țesutului conjunctiv, în special a osului. Prima lucrare în acest domeniu a descris reconstrucția unui fragment osteocondral al unui femur de iepure. Principala problemă cu care se confruntă cercetătorii a fost alegerea biomaterialului și interacțiunea țesutului osos și cartilajului în grefă. Echivalenții de țesut osos sunt obținuți prin diferențierea direcționată a celulelor stem din măduva osoasă, sângele din cordonul ombilical sau țesutul adipos. Apoi osteoblastele rezultate sunt aplicate pe diverse materiale care le susțin diviziunea - os donor, PGA, matrici de colagen, hidroxiapatită poroasă etc. Grefa este plasată imediat la locul defectului sau este păstrată în prealabil în țesuturile moi. Cercetătorii cred că principala problemă cu astfel de structuri este discrepanța dintre rata de formare a vaselor de sânge în țesutul nou și durata de viață a celulelor adânci în grefa. Pentru a rezolva această problemă, altoiul este plasat lângă vase mari.

Histogenia țesutului muscular depinde în mare măsură de dezvoltarea interacțiunilor neuromusculare. Lipsa unei inervații adecvate a structurilor de țesut muscular nu permite încă crearea de echivalente tisulare funcționale ale țesutului muscular striat. Mușchiul neted este mai puțin sensibil la denervare deoarece are o oarecare capacitate de automatizare. Structurile de țesut muscular neted sunt folosite pentru a crea organe precum ureterul, vezica urinară și tubul intestinal. Recent, o atenție crescândă a fost acordată încercărilor de reconstrucție a mușchiului inimii folosind grefe care conțin miocite cardiace obținute prin diferențierea țintită a celulelor de măduvă osoasă slab diferențiate.

Unul dintre cele mai importante domenii în ingineria țesuturilor este producția de echivalente de piele. Echivalentele de piele vii care conțin celule donatoare sau proprii ale pielii sunt utilizate în prezent pe scară largă în SUA, Rusia și Italia. Aceste modele pot îmbunătăți vindecarea suprafețelor extinse de arsuri.

Principalele aplicații ale ingineriei tisulare în cardiologie pot fi considerate crearea de valve cardiace artificiale, reconstrucția vaselor mari și a rețelelor capilare. Implanturile realizate din materiale sintetice sunt de scurtă durată și adesea duc la cheaguri de sânge. Atunci când se utilizează grefe tubulare (vasculare) pe matrice biodegradabile, s-au obținut rezultate pozitive în experimentele pe animale, dar o problemă nerezolvată rămâne rezistența controlată a pereților grefei la presiunea pulsului sanguin.

Crearea rețelelor capilare artificiale este relevantă în tratamentul patologiilor microcirculației sanguine în boli precum endarterita obliterantă, diabetul zaharat etc. Rezultate pozitive au fost obținute aici folosind grefe biodegradabile realizate sub formă de rețea vasculară.

Restaurarea organelor respiratorii, cum ar fi laringele, traheea și bronhiile, este de asemenea posibilă utilizând construcții de țesut realizate din materiale biodegradabile sau compozite acoperite cu celule epiteliale și condroblaste.

Bolile și malformațiile intestinului subțire, însoțite de scurtarea semnificativă a acestuia, duc la faptul că pacienții sunt nevoiți să primească pe viață amestecuri nutritive speciale și soluții parenterale. În astfel de cazuri, prelungirea părții funcționale a intestinului subțire este singura modalitate de a le atenua starea. Algoritmul de fabricare a grefei se rezumă la următoarele: celulele de origine epitelială și mezenchimală sunt aplicate pe o membrană biodegradabilă și plasate în epiploonul sau mezenterul intestinului pentru maturare. După un anumit timp, propriul intestin este conectat la grefă. Experimentele pe animale au arătat o îmbunătățire a activității de absorbție, totuși, din cauza lipsei de inervație, intestinul artificial nu are capacitatea de a peristaltism și de a regla activitatea secretorie.

Principala dificultate în ingineria țesuturilor hepatice este formarea unei structuri de țesut tridimensionale. Biomatricea optimă pentru cultura celulară este matricea extracelulară a ficatului. Cercetătorii cred că utilizarea de biopolimeri poroși cu proprietăți specificate va duce la succes. Se încearcă folosirea unui câmp magnetic constant pentru organizarea tridimensională a culturii celulare. Problemele de alimentare cu sânge a grefelor mari și de drenaj biliar rămân nerezolvate, deoarece nu există căi biliare în grefe. Cu toate acestea, tehnicile existente permit deja compensarea unor anomalii genetice ale sistemelor de enzime hepatice, precum și reducerea manifestărilor hemofiliei la animalele de laborator.

Construcția glandelor endocrine se află în stadiul de testare experimentală a metodelor pe animale de laborator. Cel mai mare succes a fost obținut în ingineria tisulară a glandelor salivare; s-au obținut constructe care conțin celule pancreatice.

Malformațiile sistemului urinar reprezintă până la 25% din toate malformațiile. Ingineria tisulară în acest domeniu al medicinei este la mare căutare. Crearea echivalentelor de țesut renal este o sarcină destul de dificilă și se încearcă rezolvarea acestei probleme utilizând tehnologii de organogeneză directă folosind angajamente de țesut renal embrionar. La animalele de laborator a fost demonstrată posibilitatea refacerii diferitelor organe și țesuturi ale sistemului urinar.

Una dintre cele mai importante sarcini este restaurarea organelor și țesuturilor sistemului nervos. Structurile de inginerie tisulară pot fi utilizate pentru a restabili atât sistemul nervos central, cât și cel periferic. Celulele bulbului olfactiv și gelurile biodegradabile tridimensionale pot fi folosite ca material celular pentru repararea măduvei spinării. Pentru sistemul nervos periferic se folosesc grefe tubulare biodegradabile, în cadrul cărora creșterea axonilor este realizată de celulele Schwann.

Crearea de organe artificiale va elimina nevoia de transplant a majorității organelor donatoare și va îmbunătăți calitatea vieții și supraviețuirea pacienților. În viitorul apropiat, aceste tehnologii vor fi introduse în toate domeniile medicinei.

Pe baza materialelor din revista „Cellular Transplantology and Tissue Engineering”, 2005, Nr. 1

1. Introducere

1.1 Informații preliminare

1.2 Extracția celulelor

2. Schele

2.1 Materiale pentru schele

2.2 Nanotuburi de carbon

2.2.1 Istoricul descoperirilor

2.2.2 Structura nanotuburilor

2.2.3 Nanotuburi cu un singur perete

2.2.4 Nanotuburi cu pereți multipli

2.2.5 Prepararea nanotuburilor de carbon

3. Referințe

1. Introducere

Ingineria țesuturilor a fost odată clasificată ca un subdomeniu al materialelor biologice, dar a crescut ca sferă și importanță, poate fi considerată un subdomeniu în sine.

Țesăturile necesită anumite proprietăți mecanice și structurale pentru a funcționa corect. Termenul „ingineria tisulară” se referă, de asemenea, la modificarea unor funcții biochimice specifice folosind celule într-un sistem de suport creat artificial (de exemplu, un pancreas artificial sau un ficat artificial). Termenul „medicină regenerativă” este adesea folosit sinonim cu ingineria tisulară, deși medicina regenerativă pune mai mult accent pe utilizarea celulelor stem pentru a produce țesut.

inginerie tisulară cu nanotuburi celulare

1.1 Informații preliminare

De obicei, ingineria țesuturilor, așa cum au afirmat Langer și Vacanti, este privită ca „un domeniu interdisciplinar care aplică principiile ingineriei și biologiei pentru a dezvolta înlocuitori biologici care restabilesc, mențin sau îmbunătățesc funcția țesutului sau a unui întreg organ”. Ingineria țesuturilor a fost, de asemenea, definită ca „înțelegerea principiilor creșterii țesuturilor și aplicarea lor la producerea de înlocuitori funcționali de țesut pentru uz clinic”. Descrierea mai detaliată afirmă că „o ipoteză fundamentală a ingineriei tisulare este că utilizarea sistemelor biologice naturale va permite un succes mai mare în dezvoltarea modalităților terapeutice care vizează înlocuirea, repararea, menținerea și/sau îmbunătățirea funcției tisulare”.

1.2 Productie celule

Celulele pot fi obținute din țesuturi lichide, cum ar fi sângele, într-o varietate de moduri, de obicei prin centrifugare. Celulele sunt mai greu de obținut din țesuturile dure. De obicei, țesutul este tocat și apoi digerat cu tripsină sau enzime colagenaze pentru a îndepărta matricea extracelulară care conține celulele. După aceasta, celulele sunt lăsate să plutească liber și sunt extrase ca din țesut lichid. Viteza de reacție cu tripsina este foarte dependentă de temperatură, iar temperaturile ridicate provoacă daune mari celulelor. Colagenaza necesită temperaturi scăzute și, prin urmare, există mai puțină pierdere de celule, dar reacția durează mai mult, iar colagenaza în sine este un reactiv scump.

2. Schele

Celulele sunt adesea implantate în structuri artificiale care pot sprijini formarea de țesut tridimensional. Aceste structuri se numesc schele.

2.1 Materiale pentru schele

Pentru a atinge obiectivul reconstrucției tisulare, schelele trebuie să îndeplinească anumite cerințe specifice. Porozitate ridicată și dimensiuni ale porilor definite, care sunt necesare pentru a promova însămânțarea și difuzarea celulelor în întreaga structură, atât celule, cât și nutrienți. Biodegradabilitatea este adesea un factor semnificativ, deoarece schelele sunt absorbite în țesutul din jur fără a fi necesară îndepărtarea chirurgicală. Rata la care are loc descompunerea ar trebui să coincidă cât mai aproape cu rata de formare a țesuturilor: aceasta înseamnă că, deși celulele fabricate și-au creat propria structură naturală a matricei în jurul lor, ele sunt deja capabile să asigure integritatea structurală în organism și, în cele din urmă, Ca urmare, schela va fi spartă, lăsând un țesut nou format care va prelua sarcina mecanică.

Au fost cercetate o varietate de materiale de schele (naturale și sintetice, biodegradabile și permanente). Majoritatea acestor materiale erau cunoscute în domeniul medical chiar înainte de apariția ingineriei tisulare ca subiect de cercetare și erau deja folosite, de exemplu, în chirurgie pentru sutură.

Pentru a dezvolta schele cu proprietăți ideale (biocompatibilitate, neimunogenitate, transparență etc.), au fost concepute noi materiale pentru acesta.

De asemenea, schelele pot fi construite din materiale naturale: în special, au fost studiate diverși derivați ai matricei extracelulare și capacitatea lor de a susține creșterea celulară. Materialele proteice precum colagenul sau fibrina și polizaharidele precum chitosanul sau glicozaminoglicanul (GAG) sunt potrivite în ceea ce privește compatibilitatea, dar unele întrebări rămân încă deschise. Grupurile funcționale de schelă pot fi utile în furnizarea de molecule mici (medicamente) către țesuturi specifice.

2.2 Nanotuburi de carbon

Nanotuburile de carbon sunt structuri cilindrice extinse cu un diametru de la unu la câteva zeci de nanometri și o lungime de până la câțiva centimetri, constând dintr-unul sau mai multe planuri hexagonale de grafit laminate într-un tub și care se termină de obicei într-un cap emisferic, care poate fi considerat ca jumătate dintr-o moleculă de fuleren.

2.2.1 Istoricul descoperirilor

După cum se știe, fullerena (C 60) a fost descoperită de grupul Smalley, Croteau și Curl în 1985, pentru care acești cercetători au primit Premiul Nobel pentru Chimie în 1996. În ceea ce privește nanotuburile de carbon, este imposibil de dat o dată exactă pentru descoperirea lor. Deși este bine cunoscut faptul că Iijima a observat structura nanotuburilor cu pereți multipli în 1991, există dovezi anterioare ale descoperirii nanotuburilor de carbon. Deci, de exemplu, în 1974 - 1975. Endo și colab. au publicat o serie de lucrări care descriu tuburi subțiri cu un diametru mai mic de 100 nm preparate prin condensare de vapori, dar nu a fost efectuat un studiu mai detaliat al structurii. În 1977, un grup de oameni de știință de la Institutul de Cataliză a Filialei Siberiei a Academiei de Științe a URSS, în timp ce studia carbonizarea catalizatorilor de dehidrogenare a fierului-crom la microscop, a înregistrat formarea „dendritelor goale de carbon”; un mecanism de a fost propusă formarea și a fost descrisă structura pereților. În 1992, a fost publicat un articol în Nature, care afirma că nanotuburi au fost observate în 1953. Cu un an mai devreme, în 1952, un articol al oamenilor de știință sovietici Radushkevich și Lukyanovich raporta observarea microscopică electronică a fibrelor cu un diametru de aproximativ 100 nm, obținute din descompunerea termică a oxidului de carbon pe un catalizator de fier. De asemenea, aceste studii nu au fost continuate.

Există multe lucrări teoretice pentru a prezice această formă alotropică a carbonului. În lucrarea sa, chimistul Jones (Dedalus) se gândea la tuburile spiralate de grafit. În lucrările lui L.A. Chernozatonsky și alții, publicate în același an cu lucrarea lui Iijima, au fost obținute și descrise nanotuburi de carbon, iar M. Yu. Kornilov nu numai că a prezis existența nanotuburilor de carbon cu un singur perete în 1986, dar a sugerat și marea lor elasticitate.

2.2.2 Structura nanotuburilor

Postat pe http://www.site/

Un nanotub ideal este un plan de grafit rulat într-un cilindru, adică o suprafață căptușită cu hexagoane regulate cu atomi de carbon la vârfuri. Rezultatul unei astfel de operații depinde de unghiul de orientare al planului de grafit față de axa nanotubului. Unghiul de orientare, în s

La rândul său, este determinată de chiralitatea nanotubului, care determină, în special, caracteristicile sale electrice.

O pereche ordonată (n, m) care indică coordonatele unui hexagon, care, ca urmare a plierii planului, trebuie să coincidă cu hexagonul situat la originea coordonatelor se numește chiralitate a nanotubului și este desemnată.

Un alt mod de a indica chiralitate este de a indica unghiul b dintre direcția de pliere a nanotubului și direcția în care hexagoane vecine au o latură comună. Cu toate acestea, în acest caz, pentru a descrie complet geometria nanotubului, este necesar să se indice diametrul acestuia. Indicii de chiralitate ai unui nanotub cu un singur perete (m, n) îi determină în mod unic diametrul D. Relația indicată are următoarea formă:

unde d 0 = 0,142 nm este distanța dintre atomii de carbon vecini în planul grafitului.

Relația dintre indicii de chiralitate (m, n) și unghiul b este dată de relația

Dintre diferitele direcții posibile de pliere a nanotuburilor, se disting acelea pentru care alinierea hexagonului (n, m) cu originea coordonatelor nu necesită denaturarea structurii sale. Aceste direcții corespund, în special, unghiurilor b = 0 (configurație fotoliu) și b = 30° (configurație în zig-zag). Configurațiile indicate corespund chiralităților (n, 0) și respectiv (2m, m).

2.2.3 Nanotuburi cu un singur perete

Structura nanotuburile cu un singur perete observate experimental diferă în multe privințe de imaginea idealizată prezentată mai sus. În primul rând, aceasta se referă la vârfurile nanotubului, a căror formă, după cum reiese din observații, este departe de a fi o emisferă ideală.

Un loc special printre nanotuburile cu un singur perete îl ocupă așa-numitele nanotuburi de fotoliu sau nanotuburi cu chiralitate (10, 10). În nanotuburi de acest tip, două dintre legăturile C-C incluse în fiecare inel cu șase membri sunt orientate paralel cu axa longitudinală a tubului. Nanotuburile cu o structură similară ar trebui să aibă o structură pur metalică.

2.2.4 Nanotuburi cu pereți multipli

Multi-pereți Nanotuburile (cu pereți multipli) diferă de nanotuburile cu un singur perete într-o varietate mult mai mare de forme și configurații. Varietatea structurilor se manifestă atât în ​​direcții longitudinale, cât și transversale.

Structura de tip „păpuși ruse” este o colecție de tuburi cilindrice imbricate coaxial unul în celălalt. O altă variație a acestei structuri este o colecție de prisme coaxiale imbricate una în cealaltă. În cele din urmă, ultima dintre structurile de mai sus seamănă cu un pergament. Toate structurile sunt caracterizate de o distanță între straturile adiacente de grafit care este apropiată de valoarea de 0,34 nm, inerentă distanței dintre planurile adiacente de grafit cristalin.

Implementarea unei structuri particulare de nanotuburi cu pereți multipli într-o situație experimentală specifică depinde de condițiile de sinteză. O analiză a datelor experimentale disponibile indică faptul că cea mai tipică structură a nanotuburilor cu pereți multipli este o structură cu secțiuni de tip „păpușă rusă de cuibărit” și „papier-mâché” situate alternativ pe lungime. În acest caz, „tuburi” mai mici sunt introduse secvenţial în tuburi mai mari.

2.2.5 Prepararea nanotuburilor de carbon

Dezvoltare Metodele pentru sinteza nanotuburilor de carbon (CNT) au urmat calea reducerii temperaturilor de sinteză. După crearea tehnologiei de producere a fulerenelor, s-a descoperit că în timpul evaporării arcului electric a electrozilor de grafit, împreună cu formarea fulerenelor, se formează structuri cilindrice extinse. Microscopistul Sumio Iijima, folosind un microscop electronic cu transmisie (TEM), a fost primul care a identificat aceste structuri ca nanotuburi. Metodele la temperatură înaltă pentru producerea CNT includ metoda arcului electric. Dacă evaporați o tijă de grafit (anod) într-un arc electric, atunci se formează o acumulare de carbon dur (depozit) pe electrodul opus (catod), al cărui miez moale conține CNT-uri cu pereți multipli cu un diametru de 15- 20 nm și o lungime mai mare de 1 μm. Formarea CNT din funingine fullerenă sub influența termică la temperaturi înalte asupra funinginei a fost observată pentru prima dată de un grup de la Oxford și elvețian. Instalația pentru sinteza arcului electric este consumatoare de metale și consumă energie, dar este universală pentru producerea diferitelor tipuri de nanomateriale de carbon. În acest caz, o problemă semnificativă este dezechilibrul procesului în timpul arderii arcului. Metoda arcului electric a înlocuit la un moment dat metoda de evaporare cu laser (ablație) cu un fascicul laser. Instalatia de ablatie este un cuptor conventional cu incalzire rezistiva, producand o temperatura de 1200C. Pentru a obține temperaturi mai ridicate în acesta, este suficient să plasați o țintă de carbon în cuptor și să direcționați un fascicul laser spre ea, scanând alternativ întreaga suprafață a țintei.

Acea. Grupul lui Smalley, folosind instalații scumpe cu un laser cu impuls scurt, a obținut nanotuburi în 1995, „simplificand semnificativ” tehnologia sintezei lor. Cu toate acestea, randamentul CNT-urilor a rămas scăzut. Introducerea micilor adaosuri de nichel și cobalt în grafit a făcut posibilă creșterea randamentului CNT-urilor la 70-90%. Din acest moment, a început o nouă etapă în înțelegerea mecanismului de formare a nanotuburilor. A devenit evident că metalul a fost un catalizator pentru creștere. Așa au apărut primele lucrări privind producția de nanotuburi printr-o metodă la temperatură scăzută - metoda pirolizei catalitice a hidrocarburilor (CVD), unde au fost folosite ca catalizator particulele de metal din grupa fierului. Una dintre opțiunile de instalare pentru producerea de nanotuburi și nanofibre prin metoda CVD este un reactor în care este furnizat un gaz purtător inert, care transportă catalizatorul și hidrocarbura într-o zonă de temperatură înaltă. Într-un mod simplificat, mecanismul de creștere al CNT-urilor este următorul. Carbonul format în timpul descompunerii termice a hidrocarburilor se dizolvă în nanoparticulele de metal.

Când se atinge o concentrație mare de carbon într-o particulă, are loc o „eliberare” favorabilă din punct de vedere energetic a excesului de carbon pe una dintre fețele particulei de catalizator sub forma unui capac de semifuleren distorsionat. Așa se naște un nanotub. Carbonul descompus continuă să pătrundă în particulele de catalizator și, pentru a-și descărca concentrația în exces în topitură, este necesar să scăpăm constant de el. Emisfera în creștere (semi-fulerenă) de la suprafața topiturii poartă cu ea excesul de carbon dizolvat, atomii căruia în afara topiturii formează o legătură C-C, care este un cadru-nanotub cilindric. Temperatura de topire a unei particule într-o stare nanometrică depinde de raza acesteia. Cu cât raza este mai mică, cu atât temperatura de topire este mai mică. Prin urmare, nanoparticulele de fier cu o dimensiune de aproximativ 10 nm sunt în stare topită sub 600C. În prezent, sinteza la temperatură scăzută a CNT-urilor a fost efectuată folosind piroliza catalitică a acetilenei în prezența particulelor de Fe la 550C. Reducerea temperaturii de sinteză are și consecințe negative. La temperaturi mai scăzute, se obțin CNT-uri cu un diametru mare (aproximativ 100 nm) și o structură foarte defectuoasă precum „bambus” sau nanoconuri imbricate. Materialele rezultate sunt compuse doar din carbon, dar nici măcar nu se apropie de caracteristicile extraordinare (de exemplu, modulul Young) observate în nanotuburile de carbon cu un singur perete obținute prin ablație cu laser sau prin sinteza arcului electric.

3. Bibliografie

Langer, Vacanti JP (mai 1993). „Ingineria țesuturilor”. Science 260 (5110): 920 6. DOI: 10.1126/science.8493529. PMID 8493529.

B MacArthur BD, Oreffo RO (ianuarie 2005). „Reducerea decalajului”. Nature 433(7021): 19. DOI: 10.1038/433019a. PMID 15635390.

Documente similare

Conceptul și esența biotehnologiei, istoria originii sale. Principalele direcții și metode ale biotehnologiei. Inginerie genetică și celulară. „Trei valuri” în crearea plantelor modificate genetic. Animale transgenice. Metode de imobilizare a enzimelor și celulelor.

rezumat, adăugat la 01.11.2013


Ingineria celulară ca set de metode utilizate pentru a construi celule noi, istoria dezvoltării sale. Metode de izolare a protoplastelor. Descrierea metodelor de cultivare a protoplastelor: metoda picăturii lichide și placare. Hibridarea somatică.

prezentare, adaugat 28.02.2014


Utilizarea celulelor care nu există în natură în procesele biotehnologice. Izolarea genelor din celule, manipularea lor și introducerea lor în alte organisme sunt baza sarcinilor ingineriei genetice. Istoria ingineriei genetice. Probleme cu produsele OMG.

prezentare, adaugat 21.02.2014


Fotosinteza artificială ca o nouă sursă de energie. Fotosinteza artificială într-un supercomputer. Îmbunătățirea fotosintezei cu nanotehnologie. Oferă o super recoltă prin accelerarea procesului de fotosinteză. Încorporarea nanotuburilor de carbon în cloroplaste.

prezentare, adaugat 11.11.2014


Compoziția chimică a celulelor, funcțiile structurilor intracelulare, funcțiile celulelor în corpul animalelor și plantelor, reproducerea și dezvoltarea celulelor, adaptarea celulelor la condițiile de mediu. Prevederi ale teoriei celulare după M. Schleiden și T. Schwann.

prezentare, adaugat 17.12.2013


Utilizarea industrială a proceselor biologice bazate pe microorganisme, culturi celulare, țesuturi și părți ale acestora. Istoria originii și etapele de dezvoltare a biotehnologiei. Direcții, sarcini și metode principale: clonare, inginerie genetică și celulară.

prezentare, adaugat 22.10.2016


Apariția biotehnologiei moleculare. Istoria problemei codului biologic. Politica de terapie genetică cu celule somatice. Acumularea de gene defecte în generațiile viitoare. Terapia genică a celulelor germinale. Genetica și problema umană.

rezumat, adăugat 25.09.2014


Metode de cultivare a celulelor somatice umane și animale pe medii nutritive artificiale ca o condiție prealabilă pentru dezvoltarea ingineriei celulare. Etapele hibridizării somatice. Transfer de material genetic. Originea plantelor transgenice.

rezumat, adăugat 23.01.2010


Metode de bază ale biotehnologiei. Reproducerea organismelor cu proprietăți de interes pentru oameni prin metoda culturii celulare. Caracteristicile utilizării metodelor de inginerie genetică. Perspective pentru metoda clonării. Dificultăți tehnice în aplicarea metodelor.

prezentare, adaugat 12.04.2013


Principalele funcții ale celulelor caliciforme ca celule epiteliale ale mucoasei intestinale și ale altor organe ale vertebratelor și ale oamenilor. Forma celulelor și caracteristicile localizării lor. Secretul celulelor caliciforme. Implicarea celulelor caliciforme în secreția de mucus.