دانلود مقاله مهندسی بافت

یکی از معضلات بزرگی که علم پزشکی از دیرباز با آن درگیر بوده است، ارائه درمانی قطعی برای بازسازی بافت های از کار افتاده و یا معیوب است.

متداول ترین شیوه در درمان این نوع بافت ها، روش سنتی پیوند است که خود مشکلات عدیده ای را به دنبال دارد.

از جمله این مشکلات می توان به کمبود عضو اهدائی، هزینه بالا و اثرات جانبی حاصل از پیوند بافت بیگانه Allograft)) که مهمترین آنها همان پس زنی بافت توسط بدن پذیرنده است اشاره کرد.

این محدودیت ها دانشمندان را بر آن داشت تا راه حلی مناسب برای این معضل بیابند.

مهندسی بافت با عمر حدوده 1 ساله خود روشی نوید بخش در تولید گزینه های بیولوژیکی برای کاشتنی ها (Implants) و پروتزها ارائه کرده و وعده بزرگ تهیه اندام های کاملاً عملیاتی برای رفع مشکل کمبود عضو اهدائی را می دهد.

اهداف مهندسی بافت فراهم سازی اندام های کارآمد یا جایگزین های قسمتی از بافت برای بیمارانی با ضعف یا از کارافتادگی اندام و یا بیماری های حاد است که این امر با استفاده از روش‌های درمانی متنوع اندام مصنوعی- زیستی تحقق می یابد.

بنا به تعریف، مهندسی بافت رشته ای است که از ترکیب علم بیولوژی مواد و علم مهندسی یا به عبارتی Biotech جهت بیان ارتباطات ساختاری بافت های فیزیولوژیکی و طبیعی پستانداران در راستای توسعه روش های نوین ترمیم بافت و جایگزین سازی بافت، توسعه یافته است.

مهندسی بافت شامل مباحثی نظیر ترکیبات نوین سلول ها، بیومواد غیرسلولی، داروها، فرآورده های ژنی یا ژن هایی می باشد که قابل طراحی، تشخیص و ساخت بوده و امکان رهایش آنها به طور همزمان یا ترتیبی به عنوان عامل های درمانی میسر باشد.

اگرچه داروها یا بیومواد غیر سلولی به مواد بسیاری اطلاق می گردد اما درمان های منهدسی بافت در واقع منحصر به فرد هستند.

داربست مهندسی بافت در مهندسی بافت، سلول ها بر روی یک بستر از جنس پلیمر زیست تخریب پذیر بسیار متخلخل استقرار یافته، رشد و تکثیر می یابند.

روند رشد این سلول ها در جهت بازسازی بافت در سه بعد است.

یکی از اساسی ترین قسمت های مهندسی بافت، داربست های زیست تخریب پذیر هستند که تحت نام Scaffold شناخته می شوند.

این داربست ها در حقیقت بستری متخلخل با ساختاری شبیه به ماتریس برون سلولی بافت (ECM) هستند که رشد سلول را به سمت تشکیل بافت مورد نظر جهت می دهند.

از آنجا کلیه سلول های بدن به غیر از سلول های سیستم خون رسانی و بافت های جنینی خاص بر روی ECM رشد می کنند، ایجاد یک بستر مصنوعی در محیط in vitro بسیار اهمیت دارد.

با رشد سلول ها بر روی داربست، داربست تخریب می شود.

جنس این داربست ها پلیمر و در بعضی موارد کامپوزیت پلیمر- سرامیک است.

پر استفاده ترین پلیمر ها در مهندسی بافت پلیمر های خانواده پلی- هیدروکسی اسید شامل PGA , PLA و PLGA هستند که به طور گسترده به عنوان داربست مورد استفاده قرار می گیرند.

داربست های کامپوزیت پلیمر-سرامیک در موارد ارتوپدی استفاده شده و از مهمترین سرامیک های به کار رفته در آنها می توان به تری کلسیم فسفات، تتراکلسیم فسفات و هیدورکسی آپاتیت اشاره کرد.

علت به کارگیری سرامیک ها در داربست، افزایش استحکام پلیمر، چسبندگی به استخوان و قابلیت تحرک رشد درون استخوان است.

بهینه ترین کامپوزیت در این مورد ترکیب PLGA و هیدروکسی آپاتیت شناخته می شود.

مکانیزم تخریب PGA , PLA و کوپلیمر های آنها بر اساس هیدرولیز تصادفی باندهای استری زنجیره پلیمری است.

محصول نهایی این تخریب آب و است که به آسانی از بدن دفع می شوند.

یک داربست ایده آل باید دارای تخلخل مناسب برای انتشار مواد غذایی بوده و امکان پاکسازی مواد زائد را داشته و دارای پایداری مکانیکی مناسبی جهت تثبیت و انتقال بار باشد.

علاوه بر این، شیمی سطح ماده باید چسبندگی سلول و علامت دهی داخل سلولی (intracellular signaling) را به نحوی ارتقاء دهد که سلول ها فنوتیپ طبیعی خودشان را بروز دهند.

برای رشد سریع سلول، داربست باید دارای میکروساختار بهینه باشد، فاکتورهای مهم یک داربست عبارتند از اندازه خلل و فرج، شکل و مساحت ویژه سطح.

خلل و فرج موجود در داربست در حقیقت مسیرهای غذارسانی سلول ها و دفع پسماندهای سلولی هستند.

برای مثال خلل و فرج بهینه برای رشد سلولهای فیبروبلاست درون رست ، خلل و فرج مناسب برای بازسازی پوست یک پستاندار بالغ 30-350 , 20-125 برای بازسازی استخوان است.

بنابراین هدف اصلی در ساخت داربست، کنترل دقیق اندازه خلل و فرج و تخلخل است.

مورد دیگر نحوه ایجاد چسبندگی مناسب سلول به سطح داربست است که در این مورد هم شیوه های متفاوتی به کار برده می شود، یکی از ساده ترین شیوه ها به کارگیری رشته های کوچک پپتیدی در پروتئین های ECM است که به عنوان واسطه مسئولیت چسبندگی سلول به بیومواد را بر عهده دارند.

اجزاء گوناگون سرم قابل حل (پروتئین ها، پپتیدها) و رشته RGD برای تسهیل چسبندگی سلول شناخته شده اند.

روش های ساخت داربست از آنجا که ECM بافت های مختلف باهم تفاوت دارد، داربست های مصنوعی به کار رفته برای هر بافت نیز با هم فرق می‌کند.

تهیه داربست هایی با ماتریس های مختلف نیازمند به کارگیری روش های ساخت متفاوتی است که هر یک شیوه و کاربرد منحصر به خود را دارد.

از جمله این روش ها می توان به Melt Casting , Freeze Drying , Membrane Lamination , Solvent Casting Gas Foaming , Polymerization, Phase Separation اشاره کرد.

شکل داربست یا به عبارتی Morphology آن باید دقیقاً شبیه بافت معیوب باشد.

برای شبیه سازی شکل داربست با قسمت ناقص اندام (defect) از شیوه های کامپیوتری همانند CAD استفاده می شود.

داربست پردازش شده بر اساس این الگو مورفولوژی دقیقی از ناحیه معیوب بافت خواهد داشت.

در ذیل خلاصه ای از روش های مهم ساخت داربست آمده است.

قالب گیری حلال (Solvent Casting)‍: قالب گیری حلال یک روش ساده برای تولید داربست مهندسی بافت است.

در این روش پلیمر در یک حلال مناسب حل شده و در قالب ریخته می شود.

سپس حلال حذف گردیده و حالت پلیمر را در شکل مورد نظر حفظ می‌کند.

این شیوه به شکل های قابل حصول محدود می شود.

غالباً تنها طرح های قابل شکل‌گیری در این روش صفحات صاف و لوله ها هستند.

البته با قراردادن صفحات صاف روی هم نیز می توان به اشکال پیچیده تر دست یافت.

در این شیوه می توان با شستن ذراتی مانند کریستال های نمک کاشته شده درون پلیمر که Progen خوانده می شود، داربست را به صورت متخلخل درآورد.

مزیت اصلی قالب گیری حلال سادگی ساخت بدون احتیاج به تجهیزات خاص است.

همچنین از آنجا که عمل ساخت در دمای اتاق انجام می گیرد نرخ تخریب پلیمر زیست تخریب پذیر به روش قالب گیری حلال کمتر از فیلم های قالب گرفته شده از طریق تراکم خواهد بود.

عیب اصلی قالب گیری حلال باقی ماندن احتمالی حلال سمی درون پلیمر است.

برای رفع این عیب باید به پلیمر اجازه داد تا کاملاً خشک شده و سپس با استفاده از خلاء حلال باقی مانده را خارج نمود.

عیب دیگر این روش احتمال تغییر یافتن ماهیت پروتئین و دیگر مولکول های موجود در پلیمر به واسطه استفاده از حلال است.

لایه سازی غشاء (Membrane Lamination): لایه سازی غشاء روش های درمانی از طریق سلول های کپسوله شده برای رهایش گسترده ای از محصولات به دست آمده از مولکول های کوچک (برای مثال، دوپامین، انکفالین ها) تا محصولاتی با ژن های بسیار بزرگ (مانند فاکتورهای رشد، ایمیونوگلوبولین ها) را در بر می گیرد.

رهایش مواد فعال در مناطق خاصی از بدن به طور سنتی توسط کپسول های پلیمری تخریب پذیر و غیر تخریب پذیر که حاوی یک یا چند دارو هستند احاطه شده است.

در این حوزه مواد در حین ساخت با یک ماتریس پلیمری ترکیب شده و سپس بعد از مدت زمانی مشخص از میان ماده (diffusion) و یا در خلال تخریب ماده (erusion) آزاد می شوند.

در این جا کنترل مناسب کنتیک های آزاد شده از اهمیت خاصی برخوردار است.

یک مثال در این مورد کنتیک های رها شده مرتبه صفر به دست آمده از میله های کوپلیمر استات اتیلن- ونیل (EVAc) به کار رفته در رهایش عامل های شیمی درمانی در مغز است.

در طول دو دهه اخیر محققان تلاش کرده اند که مواد را از ناقل های رهایش هیبریدی زیست مصنوعی (bioartificial) که شامل لایه های غشا بر سطح اجزاء سلولی کپسوله شده که درون غشا هستند آزاد کنند.

کاربرد و هدف اصلی سلول های کپسوله شده، درمان دردهای مزمن بیماری پارکینسون و دیابت نوع I، همچنین ناتوانی های دیگر ناشی از افت ترشح عملکرد سلول است که با کاشت اندام یا درمان های دارویی به طور کامل قابل مداوا نیستند.

کپسوله کردن بافت عموما به دو شکل انجام می گیرد: لایه بندی غشا میکروکپسوله و ماکرو متخلخل در میکرو کپسوله سازی یک یا چند سلول با پراکندگی‌های کروی فراوان (با قطر 100-300 nm) کپسوله می شوند.

در ماکرو کپسوله سازی تعداد زیادی از سلول ها یا توده های سلولی در یک یا چند کپسول نسبتاً بزرگ کاشته می شوند.

مزیت روش دوم، پایداری شیمیایی و مکانیکی و سادگی بازیافت در صورت نیاز است.

اولین دستگاهی که به این روش تأئیدیه ایالت متحده را کسب کرده است دستگاهی به نام کبدیار (Liver assist) انجماد- خشک سازی (Freeze- Drying): این شیوه برای تولید داربست های PLG بسیار متخلخل با مزیت قابلیت تلفیق رشد پایه پروتئینی و فاکتورهای تفاضلی در زمان پردازش، معرفی شده است.

این شیوه قادر به ایجاد داربست هایی با تخلخل بیشتر از 90% و کنترل خلاء و فرج هایی به اندازه 20- 200 است.

این روش پردازش شامل ایجاد یک امولسیون از طریق هموژنیزه کردن محلول پلیمر- حلال و آب، سرد کردن سریع امولسیون جهت حفظ ساختار حالت مایع و حذف حلال و آب در اثر انجماد و خشک سازی است انجماد- خشک سازی (Freeze- Drying): این شیوه برای تولید داربست های PLG بسیار متخلخل با مزیت قابلیت تلفیق رشد پایه پروتئینی و فاکتورهای تفاضلی در زمان پردازش، معرفی شده است.

این روش پردازش شامل ایجاد یک امولسیون از طریق هموژنیزه کردن محلول پلیمر- حلال و آب، سرد کردن سریع امولسیون جهت حفظ ساختار حالت مایع و حذف حلال و آب در اثر انجماد و خشک سازی است.

(شکل 3) در این فرایند، در ابتدا دو محلول مخلوط شدنی فاز آب و یک فاز آلی را تشکیل می دهند.

فاز آلی توسط حل شدن PLG با ویسکوزیته ذاتی ویژه در MC ایجاد می شود.

فاکتورهای زیست فعال و عوامل فعال را می توان در این فاز حل کرد.

فاز آب از آب فوق خالص به همراه آب یا بدون افزودنی های حل شدنی مختلف مانند فاکتورهای زیست فعال هیدروفیل تشکیل شده است.

سپس فاز آلی و آب در یک لوله آزمایش شیشه ای که 40% حجم آن آب است به هم اضافه شده و دو لایه نامخلوط را شکل می‌دهند.

این لایه های نامخلوط به وسیله یک همگن ساز دستی که در سرعت های مختلف نتظیم می شود همگن شده و در یک قالب مناسب (برای مثال، شیشه یا مس) ریخته می شود سپس با گذاشتن سریع قالب بر روی بلوک مس در کنار نیتروژن مایع با دمای (~ -1960C) سرد می شود.

نمونه های فوق در یک دستگاه انجماد- خشک سازی سفارشی 20 motorr و دمای آغازین –1100C منجمد و خشک می شوند.

بعد از اینکه دمای داخل امولسیون برای یک ساعت در –1100C به تعادل رسید، دستگاه تراکم ساز خاموش شده و دستگاه متراکم ساز و امولسیون به آرامی در طی 12h تا دمای اطاق گرم می شوند.

نمونه های به دست آمده در یک دستگاه خشک ساز خلا در دمای اتاق برای ذخیره سازی و حذف بیشتر هر گونه حلال باقیمانده قرارداده می شوند.

جداسازی فاز (Phase Separation): این روش بر اساس جداسازی فاز مایع- جامد در محلول پلیمر در اثر بلورینگی حلال عمل می‌کند.

اسفنج به دست آمده در اثر فرآیند جداسازی فاز مایع- جامد دارای مورفولوژی لوله ای شکل ناهمگون با یک ساختار نردبانی شکل داخلی است.

اسفنج فوق با شبکه ای از خلل و فرج های پیوسته توسط القای گرمایی جداسازی فاز مایع- مایع ایجاد می شود.

ماتریس رشته ای مصنوعی با فیبرهایی با قطری به مقیاس نانومتر توسط فرآیند ژل سازی به وسیله القای گرمایی تهیه می شوند.

ماتریس های نانو رشته ای با ساختار ماکرومتخلخل به وسیله ترکیب روش پالایش پروژن و فرآیند ژل سازی به وسیله القای گرمایی به دست می آیند.

اسفنج های متخلخل پلیمرهای زیست تخریب پذیر و آپاتیت های استخوانی معدنی شکل توسط فرآیند جداسازی فاز مایع- جامد و فرآیند زیست تقلیدی تهیه می شوند.

جداسازی فاز محلول پلیمر را می توان به چندین روش ایجاد کرد، که شامل جداسازی از طریق غیر حلال، جداسازی فاز از طریق شیمیایی و جداسازی فاز از طریق گرمایی (TIPS) می شود.

در فرایندTIPS که یک روش نسبتاً جدید برای تهیه غشاهای متخلخل است، دمای محلول پلیمر کاهش یافته و جداسازی فاز رخ می دهد که فاز اول آن غنی از پلیمر و فاز دوم فقیر از پلیمر است.

بعد از خارج سازی حلال از طریق عصاره گیری، تبخیر یا تصعید، پلیمر موجود در فاز غنی از پلیمر به شکل اسکلت سخت شده و فضاهای اشغال شده توسط حلال در فاز عاری از پلیمر به صورت خلل و فرج اسفنج پلیمر در می آیند.

غشاهای به دست آمده از این فرایند معمولاً دارای خلل و فرجی با قطر چندین میکرومتر بوده و معمولاً برای داربست های مهندسی بافت مناسب نیستند.

(شکل 4) بسپارش (Ploymerization): داربست های به دست آمده از طریق روش بسپارش کاندیدهای خوبی برای مهندسی بافت به شمار رفته و به دلیل سهولت ساخت نسبت به روش های دیگر ساخت داربست ارجحیت دارند.

با وجودیکه پلیمرهای متخلخلی را می توان به این روش بسپارش کرد اما تعداد کمی از آنها منجر به داربست های متخلخل می شوند.

در این روش ترکیب منومر در حضور حلالی که منومر در آن قابل حل ولی پلیمر غیر قابل حل است، درون قالب بسپارش می شود.

گذار حلالیت در خلال بسپارش منجر به دو فاز می گردد، ساختار زیستی پیوسته پلیمر و حلال.

بدین ترتیب داربست تولیده شده در نتیجه بسپارش برای ایجاد خلل و فرج های درهم نیازی به پالایش پروژن ندارند.

اسفنج ها یا داربست های PHEMA ساخته شده به این روش دارای قابلیت دخول سلول بوده و حلال مازاد آنها معمولاً آب است.

اسفنج های PHEMA به منظور افزایش حجم پستان و جایگزینی غضروف بینی نگهدارنده بین بافت قرنیه و هسته مرکزی و جایگزین بافت های نرم به کار برده می شوند.

یکی از معایب این اسفنج‌ها، آهکی شدن آنها پس از مرور زمان است.

این اسفنج ها قابلیت تحمل اتوکلاو را داشته و به سادگی به اشکال مختلف تغییر فرم می دهند.

اسفنج سازی گازی (Gas Foaming): روش اسفنج سازی گازی به دلیل قابلیت تخلخل پذیری بالا بدون به کارگیری دمای بالا یا حلال آلی حائز اهمیت است.

با حذف دمای بالا و حلال آلی می توان مولکول های زیست فعال بزرگ شامل فاکتورهای رشد را با حفظ فعالیت زیستی در پلیمر مجتمع ساخت.

پلیمری که در این روش پردازش می شود PLGA است.

در این روش گرانول های PLGA و پروژن که معمولاً کلرید سدیم است در یک کانتینر با فشار بالا (در حدود 5.5 Mpa) با CO2به مدت 24h به تعادل می رسند.

در این مدت گاز CO2 در پلیمر که اکنون در تعادل ترمودینامیکی به حالت سیال در آمده است حل می شود.

سپس فشار را به سرعت کاهش می دهند.

افت سریع فشار سبب به هم خوردن تعادل ترمودینامیکی و در نتیجه تشکیل هسته حباب های CO2 در پلیمر می گردد.

پلیمر که پس ازکاهش فشار تمایل به رسیدن به حالت جامد دارد به شکل اسفنج منبسط میشود.

ذرات پلیمری منفرد در اطراف ذرات پروژن منبسط شده و پس از پالایش پروژن فوق یک داربست بسیار متخلخل با خلل و فرج های باز کنترل شده به دست می آید.

از جمله مزایای این روش کنترل اندازه خلل و فرج و قابلیت ایجاد داربست های بزرگ، عدم استفاده از حلال آلی و دمای بالا را می توان نام برد.

(شکل 5) شکل 6، طرح بسیار ساده ای از فرآیند مهندسی بافت را نمایش می دهد.

در ابتدایی ترین مرحله این نمودار، بافت از طریق biopsy خارج می گردد.

بافت فوق می‏تواند Autograft (بافت خود فرد) یا Allograft (بافت فرد دیگر) یا Xenograft (بافت گونه دیگر) باشد.

بافت به دست آمده در این مرحله همانند بانک خون وارد قرنطینه شده و از جنبه‏های مختلف بیماری زایی مانند وجود ویروس HIV یا هپاتیت C,B، و تغییرات بردارهای ژنی مورد بررسی قرار می گیرند.

بافت ها تا زمان تعیین ایمنی نهایی در قرنطینه و شرایط سرد نگهداری می شوند.

مرحله بعد شامل تست های ایمنی است که شامل آزمون بافت از نظر Sterility در محیط تیوگلیکولات یا مواد تصویب شده دیگر،تعیین سمیت توسط آزمایش LAL و تست میکوپلاسما توسط کشت مستقیم در محیط Sentry Cell Culture می‌شود.

پس از مراحل فوق پردازش بافت که شامل دو قسمت گزینش و جداسازی سلول از بافت است شروع می گردد.

در مرحله جداسازی، سلول‏ها از طرق مختلف از بافت جدا می‏شوند.

این طرق شامل روش‏های برون کاشت، آنزیمی، مکانیکی، تجزیه شیمیایی، تزریقی و ترکیبی می‌شود.

گزینش سلولی بر اساس خاصیت منحصر به فردی که یک سلول را از دیگری متمایز می کند مانند چگالی، اندازه، نشانه گذاری، گذرگاههای منحصر به فرد متابولیکی و احتیاجات غذایی صورت می گیرد.

سلولهای بدست آمده بر روی داربست کاشته شده و در محیط کشت سلولی که شامل مخلوطی از مواد غذایی ضروری (نمک‏ها، آمینو اسیدها، ویتامین‏ها، کربوهیدرات‏ها، اسیدهای چرب)، بافرها (تثبیت کننده‏ها) و عناصر ردیابی بصورت مکمل فاکتورهای میتوژنیک مشتق شده از حیوان، هورمون‏های مصنوعی و فاکتورهای رشد می باشد قرار می گیرد.

انواع خاصی از سلولهای برای تکثیر نیازمند هم کشتی با سلولهای feeder هستند.

سلولها برای مدتی معین بر روی داربست کشت یافته و سپس در محل آناتومیکی مورد نظر Transplant می شوند.

لازم به ذکر است که کلیه مراحل مهندسی بافت تحت نظارت دقیق سازمان غذا و دارو (FDA) صورت می پذیرد.

مهدی کاظم زاده نتایج قانونمند و استاندارد شده REGULATORY ISSUES AND STANDARDIZATION استیون- تی- بویس -پیشگفتار پیدایش مهندسی بافت به عنوان یک رشته تحصیلی دانشگاهی و صنعت جهانی فرصت های بی نظیری را در جهت یافتن روشهای نوین معالجه برای درمان بیماریهای مادرزادی یا اکتسابی بوجود آورده است.

مهندسی بافت شامل مباحثی نظیر ترکیبات نوین سلولها، بیومواد غیر سلولی، داروها، فراورده های ژنی، یا ژنهایی می باشد که قابل طراحی تشخیص و ساخت بوده و امکان رهایش آنها به طو همزمان یا ترتیبی به عنوان عاملهای درمانی میسر باشد.

اگرچه داروها یا بیومواد غیر سلولی به مواد بسیاری اطلاق می شوند اما درمانهای مهندسی بافت درواقع منحصر به فرد هستند.

بنابراین فقدان استانداردهایی که توسط آنها اثر بخشی و ایمنی مورد ارزیابی قرار گیرد.

مشخصه عمومی درمانهای مهندسی بافت در اوایل قرن بیست و یکم خواهد بود.

علیرغم نبود استانداردهای مورد نیاز برای ارزیابی، مسئولیت اداره کل خوراک دارو ایالات متحده (FDA).

در جهت حفاظت عموم از خطرات تهدید کننده سلامتی مرتبط با درمانهای تحقیقی به قوت خود باقی است.

FDA انتظار دارد که درمان های تصویب شده برای استفاده در ایالات متحده ایمن و مؤثر باشد.

معیارهای ایمنی برای تجهیزات پزشکی مستلزم برتری فواید احتمالی نسبت به خطرات احتمالی درمان یا بیماری درمان نشده است.

معیار اثر بخشی تجهیزات باید نشان دهنده کارآیی دستگاه برای کاربردهای هدفمند و حتی المقدور امکان استعمال و بازگرداندن نقص فیزیولوژیکی ایجاد شده توسط بیماری در بخش قابل ملاحظه ای از جمعیت هدف باشد.

این استانداردهای قانونمند در مورد درمانهای مهندسی بافت درست همانند تجهیزات پزشکی متداول داروها یا مواد بیولوژیکی استفاده می شوند.

به هر حال چندگانگی در اکثر درمان های مهندسی بافت به همراه فقدان مستندات، ارزبابی FDA را در ایمنی و تأثیرپذیری آنها دشوار می‏سازد با این وجود FDA با برقراری رشهای نوین در ارزیابی ایمنی و تأثیر پذیری، به طور بسیار پویا نسبت به این پتانسیل عظیم که منافع عمومی را در راستای مهندسی بافت در بر دارد انجام وظیفه نموده است.

ابتکارات جدید FDA با اتفاق نظرهمگانی با شرکت اساتید دانشگاه، صاحبان صنایع و دولت مردان با هدف ایجاد راهنما و استانداردهایی جهت ارزیابی ترکیبات و عملکرد بافت های مهندسی شده صورت گرفت.

یکی از مهمترین این ابتکارات شرکت کردن FDA در یک کارگروهی با انجمن سنجش و مواد آمریکا (ASTM) برای پایه ریزی استانداردهای محصولات پزشکی و مهندسی بافت است.

توسعه استانداردها توسط ASTM نوید تسهیل در فرایندهای ارزیابی معرفی بافت های مهندسی شده جهت به ارمغان آوردن منافع گوناگون پزشکی در کوتاهترین زمان ممکن و کمترین هزینه را می دهد.

شرکت در تلاش ASTM به منظور توسعه استاندردها، داوطلبانه بوده و برای عموم آزاد است.

این امر بیشترین امکان را در پایه ریزی استانداردهای جامع برای مهندسی بافت فراهم نموده و با استانداردهای بین المللی همخوانی دارد.

همچنین پایه علمی گسترده ای در علوم پایه و پزشکی برای FDA ایجاد می‌کند.

این فصل چندین موضوع ویژه ضوابط درمانهای مهندسی بافت را مورد بررسی قرار می دهد.

البته این مبحث هیچ گونه سیاست یا موضع فکری را از FDA نشان نداده و در حوزه خود نیز جامع نمی باشد.

-ملاحظات ایمنی SAFETY CONSIDERATION بدلیل تشکیل اجزای بنیادی بافت از سلولها، اکثر درمانهای مهندسی بافت شامل سلولها می شوند علاوه بر این مزیت اساسی مهندسی بافت، نگهداری یا حذف بافت اهدا شده از دریافت کننده است.

تحقق این مزیت بستگی به تکثیر یک یا چند توده سلولی در شرایط خارج بدنی (in vitro) و یا درون بدنی (in vivo) دارد.

تکثیر توده های سلولی به لطف روشهای مهندسی بدون نیاز به کشت سلولی خارج بدنی صورت می گیرد.

بسیاری از سیستمهای کشت سلولی شامل ترکیبات مشتق شده از حیوان و سایر آلاینده های شیمیایی یا بیولوژیکی است.

علاوه بر این اگر سیستم حاوی سلولهای دگرزا (allogenic) یا بیگانه را باشد انتقال عوامل اکتسابی ممکن می شود.

هم بیمار و هم کارکنان آزمایشگاه باید در قبال عوامل بیماری زای احتمالی محافظت شوند به منظور حصول اطمینان کافی از ایمنی در درمان های مهندی بافت FDA استانداردهایی را که عمدتاً از مراکز تحقیقاتی و ارزیابی بیولوژیکی (CBER) به دست آمده است.

را اعمال می‌کند.

این استانداردها شامل موارد ذیل بوده اما تنها به آنها محدود نمی شود این موارد عبارتند از: اجزاء محیط، به دست آوردن بافت، ذخیره سازی و به کارگیری کاشتنی و سنجش ایمنی محصول نهائی.

-اجزاء محیط: MEDIA COMPONENTS یک محیط کشت سلولی سنتی شامل مخلوطی از مواد غذایی ضروری (نمک ها، آمینواسیدها، ویتامین ها، کربوهیدرات ها، اسیدهای چرب)، بافرها، (تثبیت کننده ها) و عناصر ردیابی می باشد که با عوامل میتوژنیک مشتق شده از حیوان، هورمون های مصنوعی، یا فاکتورهای رشد باز ترکیبی تکمیل می گردد.

انواع خاص سلول ها نیز جهت تکثیر نیاز.مند کشت همزمان با سلولهای تغذیه کننده هستند.

کشت سلولی سنتی با سرکوب همزمان سلولهای دیگر بافت اصلی سبب تحریک رشد انتخابی انواع سلولهای هدف می گردد.

اما به دلیل اینکه درمان های مهندسی بافت می تواند در برگیرنده چنیدین نوع سلول باشد برای تکثیر انتخابی سلولهای کشت شده یا خوابانیدن ساختارهایی که شامل انواع سلولها هستند محیطهای متعددی را می توان مورد استفاده قرار داد.

در نتیجه آماده سازی مواد مهندسی بافت می تواند شامل ارتباط اجزاء آنها با محیط هایی دارای فرمولاسیون های مختلف باشد.

هر محیط فرمولاسیون منحصر به فردی از مواد غذایی ضروری و مکمل خود را داشته که باید به طور جداگانه‏ای مورد ملاحظه قرار گیرد و جهت ایمنی بیمار که در معرض مستقیم قرارداد به صورت ترکیب با دیگر فرمولاسیون‏ها در نظر گرفته ‏شود.

مواد غذایی ضروری می توانند حامل آلاینده‏های شیمیایی باشند که در حین فرایند پالایش زوده نشده اند سلولهای مکمل یا تغذیه کننده می توانند شامل آلاینده های بیولوژیکی باشند که سبب عفونت شده و یا از رشد سلولها برای کاشتنی نهایی جلوگیری می کنند.

هرگونه تماس با ترکیبات مشتقات حیوانی یا انسانی ممکن است سبب انتقال ژن های ایمنی دگرزا یا بیگانه زا به دریافت کننده گردد به طور کلی هر ترکیب از هر محیطی را می‏توان توسط گواهی تجزیه و تحلیل شناسائی نمود.

این گواهی ترکیبات شیمیایی و آزمون های بیولوژیکی را که برای عوامل بیماری زا به وسیله FDA وضع شده است.

توصیف می‌کند.

گواهی تجزیه و تحلیل از طریق سازندگان اغلب محیط های تجاری در دسترس قرار داده می شوند.

به طور ایده آل، کلیه محیط های به کار رفته در ساخت کاشتنیهای مهندسی بافت باید برای تعیین ترکیباتشان دارای درجه خلوص در سطح دارویی باشند.

متأسفانه تعریف این سطح بیوشیمیایی هنوز برای بسیاری از سلولهایی که در شرایط خارج بندی جهت پیوند رشد داده می شوند به دست نیامده است.

با وجود این اهمیت پالایش بیوشیمیایی در محیط کشت سلولی شناخته شده و به طور وسیعی برای بیش از دو دهه مورد مطالعه قرار گرفته است.

در نتیجه تاکنون نمونه های بسیاری از محیط های بیوشیمیایی برای کشت ترکیبی و یا انتخابی سلولهای انسان تعریف شده است.

اصول پایه ریزی شده توسط این موارد باید به وسیله محققان و توسعه دهندگان کاشتنی های مهندسی بافت اعمال شود تا استعمال ترکیبات مشتقات حیوانی یا انسانی در کشت سلولی کاهش یافته یا حذف گردید.

درجه داروی محیط ها برای محصولات پزشکی مهندسی بافت یک هدف قابل دسیابی بوده و در دسترس بودن چنین محصولاتی احتمال ایمنی بیماران را افزایش می دهد.

البته محیطهای از این نوع ممکن است هزینه قابل ملاحظه ای را به ساخت کاشتنی های مهندسی بافت بیافزایند.

-اکتساب بافت TISSUE ACQUISITION تنوع و انعطاف پذیری روشهای مهندسی بافت امکان افزودن سلولهای اتولوگ(خودی)، آلوژنیک (دگرزا) یا زنوژینک (بیگانه زا) را به کاشتنیهای ساخته شده فراهم نموده است.

نکات ایمنی دریافت کننده سلولهای اتولوگ خودی به طور عمومی به دریافت عوامل اکتسابی(میکروبی، ویروسی، عفونی) در آزمایشگاه محدود می‌شود.

البته تلفیق سلولهای دگرزا یا بیگانه زا از امکان انتقال عوامل بیماری زا را اهدا کننده های غیر اتولوگ فراهم می‌کند.

برای بافت های الوژیک، استانداردهای ایمنی جهت نگهداری متداول بافتهای انسانی با عصاره های بافت مقرر شده است.

این استانداردها مشابه بانک خون بوده و نیازمند بررسی اهدا کننده ها از جنبه های مختلف بیماری زایی است.

که از آن جمله می‏توان ویروس ضد ایمنی انسان (HIV) و انواع هپاتیت B و C را نام برد.

در فرآیند های ساخت دستگاههای مهندسی بافت تعیین وضعیت مساعد اهدا کننده نیازمند تلفیق آزمون های بیماری زایی با فرایند های بهتر آزمون های ساخت (GMPS) دارد.

مشابه بانک های بافت چه بافتها برای کاشتن به کاربرده شوند، و چه طرد شوند، به مهندسان بافت جهت ثبت و ردیابی تاریخچه بافتها از زمان اهدا شدن در خلال فرآیند تا نگهداری و تنظیم نهایی نیاز خواهد بود.

چنانچه بافت اهدا شده برای بررسی بیماری زایی فرا خوانده شود مسئولیت آگاهی دادن به پزشکی که وظیفه کاشتن بافت توزیع شده را دارد بر عهده توزیع کننده بافت خواهد بود.

مهندسان بافت تا زمانی که کاشتنی های مهندسی بافت حاوی اجزاء باشند، به عنوان صاحبان بانک بافت قلمداد شده و همان مسئولیت را بر عهده خواهند داشت.

همچنین شرایط آزمون در صورتیکه بافت از فرد فوت شده یا اهداء کننده زنده بدست آمده باشد متفاوت خواهد بود.

در پایان تستهای تبدیل بافت تا چندین ماه پس از اهداء مورد نیاز است.

تا زمان تعیین ایمنی نهایی، بافت ها یا سلولها در قرنطینه و اغلب در یخچالها یا شرایط سرد نگهداری می شوند.

قرنطینه بافت های بدست آمده از افراد فوت شده نیز قبل از عرضه جهت پیوند توسط بانک های بافت انجام می پذیرد.

بنابراین مهندسان بافت که با سلولهای آرلوژنیک سرو کار دارند ممکن است از قوانین ایمنی بانکهای بافت به عنوان یک مرجع جامع بهره مند گردند.

در حقیقت تمامی قوانین وابسته به FDA در مورد کسب ایمنی و پردازش بافت های انسان تحت عنوان استانداردهای بانکداری بافت از انجمن آمریکایی بانک های بافت بیان می شود.

بدست آوردن بافت های آلوژنیک نیازمند ارائه وجه مناسبی از کاربردهای هدفمند است هم شرکتهای مهندسی بافت و هم بانک های بافت وظیفه توزیع بافت ها و یا مشتقات بافت را به صورت تجارت انتفاعی یا غیر انتفاعی بر عهده دارند.

با وجود اینکه استانداردهای ایمنی و تاثیر پذیری تحت نظارت دادرسی فدرال تنظیم می شود اما اهدای بافت تحت نظارت دادرسی فدرال تنظیم می گردد.

بدلیل اینکه اهدای اندام و بافت بر رضایت اهداء کننده یا خانواده وی احتیاج دارد، فرم رضایت نامه باید به وضوح هدف استفاده از بافت را نشان دهد.

شفافیت این موضوع باید به حدی باشد که مورد استفاده ای را که بدست آوردن بافت با آن هدف صورت می پذیرد کاملاً تصریح نماید، پیوند مستقیم برای کاربردهای درمانی، بررسی های تحقیقاتی، با استفاده از بافت به عنوان منابع اصلی مواد جهت ساخت محصولی دیگر.

اخیراً استانداردهای مشابهی برای استفاده ایمن از بافت های زنوژنیک توسط FDA پیشنهاد شده است.

بدلیل کاربرد بافت زنوژنیک در حفظ پتانسیل ذخائر عظیم بافت های معمولی از گونه های بسیار مختلف، یا بافت های حاصل از حیوانات با ژنهای تغییر یافته، توسعه استانداردها در این بخش بسیار درخور توجه است.

علاوه بر موضوعات ایمنی مربوط به انتقال عوامل بیماری زا، ایمنی زایی و پایداری بردارهای ژن های تغییر یافته نیز باید مورد ارزیابی قرار گیرند.

همچنین اگر سلولهای اصلاح شده از نظر ژنتیکی پیوند شده باشند، پاسخ مشخص دریافت کننده به فنو تیپ تغییر یافته سلول ها نیازمند مطالعه خواهد بود.

توسعه یک چارچوب قانونمند که احتمالات مختلف پیوند بافت های زنوژنیک با مشتقات آنها را در نظر بگیرد هنوز به صورت رقابتی بین مهندسان بافت و FDA باقی مانده است.

-ساخت و نگهداری کاشتی IMPLANT FABRICATION AND STORAGE پس از بدست آوردن بافت ها و آزاد شدن آنها از قرنطینه، فرآیند مهندسی بافت آغاز می‏شود با وجود تضمین های خاص در مورد عاری بودن بافت های آلوژنیک یا زنوژنیک از عوامل بیماری زا، بافت های گرفته شده از خود شخص معمولاً تحت آزمون بیماریهای خونی مادرزادی قرار نمی گیرند.

در نتیجه هر بافت انسانی تست نشده را باید آلوده به عوامل بیماری زای مرگ آور فرض کرد.

بردارش بافت ها جهت کشت سلولی یا نگهداری مستقیم باید همراه با ایمنی کارکنان آزمایشگاه باشد.

این استانداردهای ایمنی مهندسی بافت می توانند از طرف سیاستهای بازدارنده بیمارستان در برابر بیماریهای خونی مادرزادی تصویب شود.

بطور کلی این شیوه های اعمال شده برای حفاظت کارکنان شامل دستکش ها، لباس های ایمنی و روشهای بازدارنده سلولها یا بافت می شود.

عموماً اتاقک های ایمنی بیولوژیکی کلاس II برای جلوگیری از فرآیند های کشت سلولی قابل قبول هستند.

مسئله دیگری که باید لحاظ شود حفاظت از محیطهای غذایی با استفاده از ظرفهای کشت باز (برای مثال ظرف پتوی) یا ظروف غیر قابل نفوذ (مانند بطری های غلتان و فلاسک های با درپوش صافی) است که خطر قرار گرفتن محیطها را در تماس با سلولهای انسانی تست نشده به حداقل می رساند.

-آزمون ایمنی محصول نهائی از نظر سترون شدگی، سمیت و میکوپلاسها SAFETY TESTING OF THE FINAL PRODUCT FOR STERILITY, ENDOTOXIN, AND MYCOPLASMA کاشتنی های مهندسی بافت باید از نظر آلاینده های بیولوژیکی ایجاد شده در خلال پردازش برای بیماران کاملاً ایمن باشند.

این تضمین به وسیله آزمون سترون شدگی، سمیت و میکوپلاسما، در محصول نهائی قبل از آزاد سازی محصول انجام می‌شود.

سترون شدگی یک کاشتنی که شامل سلولهای زنده می باشد ممکن است نیازمند آزمون های سترون شدگی قبل از آزادسازی و در زمان پیوند زدن باشد.

آزمون ها سترون شدگی را می تواند در محیط تیوگلیکولات (thioglycollate) و یا محیطهای قابل قبول دیگر برای تشخیص میکروارگانیزم ها انجام داد.