組織や臓器を再生する人体の能力は非常に非効率的であり、先天性欠損症、病気、突然の外傷などが原因で人体の組織や臓器が失われる可能性があります。組織が死ぬと（壊死と呼ばれます）、生き返らせることはできません。除去または修復しないと、周囲の組織、臓器、骨、皮膚など、体の他の領域に影響を与える可能性があります。
これは、組織工学が役立つところです。生体材料（細胞や活性分子などの体の生物学的システムと相互作用する物質）を使用することにより、損傷した人間の組織や臓器を修復、修復、または交換するのに役立つ機能組織を作成できます。
キャバンイメージズ/ゲッティイメージズ簡単な歴史
組織工学は比較的新しい医学分野であり、研究は1980年代に始まったばかりです。 Yuan-Cheng Fungという名前のアメリカの生物工学者および科学者は、国立科学財団（NSF）に、生体組織専用の研究センターの提案を提出しました。 Fungは人間の組織の概念を取り入れ、それを拡張して、細胞と臓器の間のあらゆる生物に適用しました。
この提案に基づいて、NSFは、科学研究の新しい分野を形成するために、「組織工学」という用語にラベルを付けました。これにより、組織工学協会（TES）が設立され、後に組織工学および再生医療国際協会（TERMIS）になりました。
TERMISは、組織工学と再生医療の分野で教育と研究の両方を推進しています。再生医療とは、組織工学と、組織、臓器、およびヒト細胞の正常な機能を回復するために人体が自己治癒する能力の両方に焦点を当てた、より広い分野を指します。
組織工学の目的
組織工学は、医学と研究においていくつかの主要な機能を持っています：骨修復（石灰化組織）、軟骨組織、心臓組織、膵臓組織、および血管組織を含む組織または器官の修復を支援します。この分野では、幹細胞の挙動に関する研究も行っています。幹細胞は多くの異なる種類の細胞に発達する可能性があり、体の領域を修復するのに役立つ可能性があります。
組織工学の分野では、研究者は癌や心臓病などのさまざまな病気を研究するためのモデルを作成することができます。
組織工学の3Dの性質により、腫瘍構造をより正確な環境で研究することができます。組織工学はまた、これらの病気に対する潜在的な新薬をテストするための環境を提供します。
使い方
組織工学のプロセスは複雑です。これには、3D機能組織を形成して、体内の組織または臓器の修復、置換、および再生を支援することが含まれます。これを行うために、細胞と生体分子は足場と組み合わされます。
足場は、実際の臓器（腎臓や肝臓など）を模倣した人工または自然の構造です。組織はこれらの足場上で成長し、交換が必要な生物学的プロセスまたは構造を模倣します。これらが一緒に構築されると、新しい組織は、損傷や病気がないときの古い組織の状態を再現するように設計されます。
足場、細胞、および生体分子
通常、体内の細胞によって作成される足場は、体内のタンパク質、人工プラスチックなどのソースから、またはドナー臓器からのものなどの既存の足場から構築できます。ドナー臓器の場合、足場は患者の細胞と組み合わされて、患者の免疫系によって実際に拒絶される可能性が高いカスタマイズ可能な臓器または組織を作成します。
それがどのように形成されるかに関係なく、体内の細胞機能をサポートおよび最適化するのに役立つのは、細胞にメッセージを送信するこの足場構造です。
適切な細胞を選ぶことは、組織工学の重要な部分です。幹細胞には主に2つのタイプがあります。
幹細胞の2つの主要なタイプ
- 胚性幹細胞：胚に由来し、通常は体外（体外）で受精した卵子に由来します。
- 成体幹細胞：通常の細胞の中で体内に見られます。細胞分裂によって増殖し、死にかけている細胞や組織を補充することができます。
現在、多能性幹細胞（胚性幹細胞のように振る舞うように誘導された成体幹細胞）についても多くの研究が行われています。理論的には、多能性幹細胞は無制限に供給されており、それらの使用には、ヒト胚の破壊の問題は含まれていません（これは倫理的な問題も引き起こします）。実際、ノーベル賞を受賞した研究者たちは、多能性幹細胞とその使用に関する発見を発表しました。
全体として、生体分子には、炭水化物、脂質、タンパク質、および核酸の4つの主要なクラスが含まれます（2次クラスもあります）。これらの生体分子は、細胞の構造と機能を構成するのに役立ちます。炭水化物は、脳や心臓の機能のような器官だけでなく、消化器系や免疫系のように動くシステムを助けます。
タンパク質は、細菌に対する抗体だけでなく、構造的サポートと体の動きを提供します。核酸にはDNAとRNAが含まれており、細胞に遺伝情報を提供します。
医療用途
組織工学は、患者のケアや治療に広く使用されていません。患者の植皮、軟骨修復、小動脈、膀胱に組織工学を使用した症例がいくつかあります。ただし、心臓、肺、肝臓などの組織工学による大きな臓器は、まだ患者に使用されていません（ただし、ラボで作成されています）。
患者に組織工学を使用することの危険因子は別として、手順は非常に費用がかかります。組織工学は医学研究に関しては、特に新薬製剤をテストするときに役立ちますが。
体外の環境で生きた機能している組織を使用することは、研究者が個別化医療で利益を得るのに役立ちます。
個別化医療は、一部の薬が特定の患者の遺伝子構成に基づいてより効果的に機能するかどうかを判断するのに役立つだけでなく、動物の開発とテストのコストを削減します。
組織工学の例
National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineeringによって実施された組織工学の最近の例には、マウスに移植されたヒト肝臓組織の工学が含まれます。マウスは独自の肝臓を使用するため、人間の肝臓組織は薬物を代謝し、マウス内の特定の薬物に人間がどのように反応するかを模倣します。これは、研究者が特定の薬剤との薬物相互作用の可能性を確認するのに役立ちます。
組み込みのネットワークで組織を設計するために、研究者は砂糖溶液から血管のようなネットワークを作るプリンターをテストしています。血液がプロセスに追加され、人工のチャネルを通って移動するまで、溶液は人工組織内で形成および硬化します。
最後に、患者自身の細胞を使用して患者の腎臓を再生することは、研究所の別のプロジェクトです。研究者は、ドナー臓器からの細胞を使用して生体分子と結合し、コラーゲン足場（ドナー臓器から）を使用して新しい腎臓組織を成長させました。
次に、この臓器組織は、ラットの外側と内側の両方で機能（栄養素の吸収や尿の生成など）についてテストされました。組織工学のこの分野での進歩（心臓、肝臓、肺などの臓器でも同様に機能する可能性があります）は、ドナー不足に役立つだけでなく、臓器移植患者の免疫抑制に関連する病気を減らすことができます。
それが癌とどのように関係するか
転移性腫瘍の成長は、癌が主要な死因である理由の1つです。組織工学以前は、腫瘍環境は体外に2D形式でしか作成できませんでした。現在、3D環境、および特定の生体材料（コラーゲンなど）の開発と利用により、研究者は特定の細胞の微小環境に至るまで腫瘍の環境を調べて、細胞内の特定の化学組成が変化したときに病気に何が起こるかを確認できます。 。
このように、組織工学は、研究者が癌の進行と、同じ種類の癌の患者に対する特定の治療アプローチの効果の両方を理解するのに役立ちます。
組織工学による癌の研究は進歩していますが、腫瘍の成長によって新しい血管が形成されることがよくあります。これは、組織工学が癌研究で進歩したとしても、人工組織を生体に移植することによってのみ排除できる制限があるかもしれないことを意味します。
しかし、癌の場合、組織工学は、これらの腫瘍がどのように形成されているか、正常な細胞相互作用がどのように見えるか、そして癌細胞がどのように成長および転移するかを確立するのに役立ちます。これは、研究者が臓器や体全体ではなく、がん細胞にのみ影響を与える薬をテストするのに役立ちます。
