Глава 1. Основы рационального дизайна тканеинженерных конструктов
Тканевая инженерия (англ. tissue engineering) — область современной науки и техники, базирующаяся на знаниях о структурно-функциональных взаимоотношениях клетки и ВКМ в условиях нормальной и патологически измененной биологической ткани, направленная на разработку искусственных органов и тканей человека in vitro, а также создание тест-систем для испытания новых лекарственных средств. Основная идея тканевой инженерии сводится к восстановлению поврежденной ткани посредством доставки в реконструируемую область опорных структур, клеток, а также молекулярных и механических сигналов для регенерации. Предпосылки к оформлению области в самостоятельную дисциплину существовали уже давно, однако официально термин «тканевая инженерия» был введен в 1987 г. на симпозиуме в Колорадо, организованном Национальным научным фондом США.
Актуальность тканевой инженерии для современного здравоохранения наглядно прослеживается в статистике, отражающей объемы трансплантаций, выполняемых в мире ежегодно. Так, по данным Global Observatory on Donation and Transplantation, в 2019 г. было проведено 153 863 пересадки солидных органов, что на 4,8% больше, чем в предыдущем году. Распределение по отдельным органам было следующим: 100 097 пересадок почек, 35 784 пересадки печени, 8722 пересадки сердца, 6800 пересадок легких, 2323 пересадки поджелудочной железы и 137 пересадок кишечника. Таким образом, в условиях растущего дефицита донорских органов поиск и разработка альтернативных органных заменителей приобретают особую значимость.
В глобальном смысле целью тканевой инженерии является конструирование и рациональный дизайн функциональных биоэквивалентов органов и тканей человека, решающих в случае успешной подсадки реципиенту одну или сразу несколько задач: а) жизнеобеспечение для предотвращения неминуемой смерти в ожидании пересадки (например, искусственное сердце); б) достижение стойкой ремиссии или выздоровления в случае прогрессирующего соматического заболевания (например, искусственные почки); в) улучшение качества жизни и способности пациента к самообслуживанию (например, протез конечности); г) улучшение способности пациента к социальному взаимодействию (например, искусственные голосовые связки); д) улучшение качества жизни пациента путем косметического восстановления анатомической области или отдельного органа (например, искусственная кожа); ж) паллиативная помощь и реабилитация.
Приоритетными направлениями тканевой инженерии являются выделение и выращивание культуры клеток и тканей in vitro, исследование роли СК и специфического микроокружения в процессах заживления, а также рассмотрение вопросов использования биосовместимых материалов для стимуляции местных регенеративных процессов. В результате многочисленных экспериментальных работ в этих областях были созданы тканеинженерные гистотипические и органотипические биоэквиваленты. Важно отметить, что на тканеинженерные биоэквиваленты, имеющие в составе клеточный компонент, распространяется действие Федерального закона от 23 июня 2016 г. № 180-ФЗ «О биомедицинских клеточных продуктах», регламентирующего отношения, возникающие в связи с разработкой, доклиническими и клиническими исследованиями, экспертизой, государственной регистрацией, производством, контролем качества, реализацией, применением, хранением, транспортировкой, ввозом и вывозом из Российской Федерации, уничтожением БКМП, а также регулирующего отношения, возникающие в связи с донорством биологического материала в целях производства БКМП. Документ направлен на повышение качества инновационных клеточных продуктов и обеспечение в конечном счете биобезопасности пациентов путем создания административных барьеров для научно-исследовательских и опытно-конструкторских групп, ужесточения контроля за оборотом БКМП, а также усложнения доступа к БКМП для отечественных потребителей.
Существующие технологические подходы к созданию тканеинженерных биоэквивалентов условно делят на каркасные и бескаркасные.