مهندسی بافت | Tissue Engineering مجموعه‌ای از تکنیک‌ها برای تولید یا بازسازی بافت است که هدف آن در درجه اول، ترمیم یا بهبود عملکرد بافت‌های بدن انسان است. از دیگر اهداف رشته مهندسی بافت می‌توان به غربالگری داروها و تولید گوشت مصنوعی نیز اشاره کرد. محصولات مهندسی بافت با ایمپلنت‌های پزشکی، که دستگاه‌های فنی ساخته شده از مواد مصنوعی و بدون بخش‌های بافت زنده هستند، متفاوت می‌باشند.
مهندسی بافت، اصول مواد و پیوند سلولی را برای توسعه بافت‌های جایگزین و یا ترویج بازسازی درون‌زا ترکیب می‌کند. این رویکرد در ابتدا برای رسیدگی به شکاف حیاتی بین تعداد فزاینده بیماران در لیست انتظار برای پیوند عضو به دلیل نارسایی در مرحله پایانی و تعداد محدود اعضای اهدایی موجود، طراحی شد.
ویدیوی آشنایی با مهندسی بافت
در این مقاله خواهید خواند
مهندسی بافت چیست؟
مهندسی بافت چیست؟ یک گرایش چند رشتهای است که متخصصان علوم زیستی، مهندسی و پزشکی را دور خود جمعکرده تا با همکاری با یکدیگر، از بلوکهای ساختمانی سلولها، بیومتریال و بیوراکتور ها برای ساخت بافت سه بعدی یا اندام مصنوعی، برای تقویت، ترمیم و یا تعویض بافت مریض یا آسیب دیدهی بیمار استفاده کنند.
این تعریف، یکی از کامل‌ترین تعاریفی است که پروفسور راوی بیرلا (Ravi Birla) ، در کتاب مقدمه‌ای بر مهندسی بافت (Introduction to Tissue Engineering) خود به آن اشاره کرده است.
تاریخچه مهندسی بافت
پس از تعریف مهندسی بافت به تاریخچه مهندسی بافت می‌پردازیم.اولین کارهای تحقیقاتی در زمینه‌ی مهندسی بافت توسط دکتر لانگر انجام شد که به عنوان بنیان‌گذار و پدر رشته مهندســی بافــت شناخته می‌شود.
کار اولیه در این رشته، هنگامی که این رشته برای عموم مردم و سایر محققان این رشته ناشناخته بود، در آزمایشگاه دکتر لانگر در مؤسسه‌ی فناوری ماساچوست (MIT) انجام‌گرفت.
در سال 1976، دکتر لانگر، شواهدی را برای رهاسازی کنترل‌شده‌ی مولکول‌های بزرگ از شبکههای ماتریسی پلیمری سه بعدی ارائه داد و زمینه را برای تحقیقات بیشتر در رهاسازی کنترل‌شده‌ی دارو فراهم کرد. در این پژوهش، چندین ماده بر اساس پاسخ التهابی و بر اساس نتایج ارزیابی شدند و دو ماده، هیدرون-گوگرد و کوپلیمر اتیلن-وینیلاستات، به عنوان حاملان آزادسازی کنترل‌شده مورد آزمایش قرار گرفتند.
پیشرفت و ظهور رشته مهندسی بافت
نکته‌ی اصلی در تولد این رشته‌ی نوظهور در اواسط دهه 1980 این بود که دکتر جوزف واکانتی از بیمارستان کودکان به دکتر لانجر از دانشگاه ام‌آی‌تی آمریکا مراجعه کرد تا ایده‌ای را برای رشد و آینده‌ی این علم ارائه کند. این ایده، ساخت داربست‌های مناسبی جهت تحویل سلول بود که برخلاف سلول‌های کاشته شده بر روی داربست‌های طبیعی، دارای ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی غیرقابل دستکاری بودند.
دکتر واکانتی مطالعات گسترده‌ای را برای تولید معادل بافت عملکردی با استفاده از شبکه انشعاب پلیمرهای زیست سازگار / زیست تخریب پذیر مصنوعی پیکربندی شده به عنوان داربست‌های بذر شده با سلول‌های زنده طراحی و اجرا کرد.
رشته مهندسی بافت طی یک دهه‌ی گذشته به‌طور چشمگیری گسترش یافته است و چندین آزمایشگاه بزرگ تحقیقاتی و مراکز مهندسی بافت در سراسر جهان وجود دارد و همچنین این رشته همواره همراه با مسائل چالش برانگیز، لذت بخش و به یاد ماندنی بوده است.
اجزاء کلیدی مهندسی بافت
اجزاء کلیدی فرآیند مهندسـی بافت عبارتند از:
سلولها، سیگنال‌ها و داربست های مهندسی بافت
یک | بافت یا نمونه سلولی که هسته و نقطه شروع فرآیند را تشکیل می‌دهد.
ثانیاً | داربستی که سلولها را حمل کرده و حمایت می‌کند و رشد بافت را به شکل هندسی و موقعیت مطلوب، هدایت می‌کند.
و جزء سوم، محیطی از مواد سیگنال و تغذیه و غیره است که کشت سلولی در حال رشد یا بذر بافت را به سمت خواص بیولوژیکی مورد نظر، از جمله اندازه و شکل هندسی و ویژگی‌های عملکردی زیستی هدایت می‌کند.
داربست های مهندســی بافــــت باید دارای ویژگی های خاصی از قبیل غیر سمی بودن، زیست سازگاری، زیست تخریب پذیری، متخلخل بودن، آب دوستی و چسبندگی سلولی باشند.
سلول ها در بدن روی بستری آرام گرفته اند که ماتریس خارج سلولی یا ECM نامیده می‌شود. بنابراین اولین قدم در مهندسی بافت آن است که بستری مشابه با ECM طبیعی سلول بسازیم که سلول روی آن احساس آرامش کرده و آن را بیگانه نداند و احساس کند دقیقاً روی همان بستر طبیعی خود قرار گرفته است. در واقع باید سلول را فریب دهیم تا پاسخ منفی نشان ندهد و فعالیت طبیعی خود را به درستی انجام دهد. پس اولین نکته‌ای که در ساختن بستر باید رعایت کنیم آن است که جنس ماده سازنده آن کاملاً زیست‌سازگار (Biocompatible) باشد و برای سلول سمی نباشد. ماده‌ای که چنین خصوصیتی داشته باشد، زیست ماده (Biomaterial) نامیده می‌شود.
نکته مهم دیگر این است که بستری که ما برای سلول می سازیم بایستی سازه ای سه بعدی و متخلخل باشد و حفرات آن کاملاً بهم پیوسته (interconnected) باشند.علت وجود چنین تخلخلی آن است که سلول ها بتوانند درون بستر رفت و آمد (مهاجرت) کنند و نیز امکان رسیدن مواد غذایی به درون بستر و دفع مواد زائد از آن وجود داشته باشد. این سازه را می توان به داربست ساختمانی و سلول ها را می توان به آجرها تشبیه کرد.
همان طور که برای بنای ساختمان لازم است ابتدا اسکلتی سه بعدی ساخته شود و سپس آجرها در آن جا سازی شوند، برای ساخت یک بافت نیز لازم است سلول ها درون فضایی سه بعدی و متخلخل که «داربست» (Scaffold) نامیده می‌شود، جاسازی شوند. نکته قابل توجه آن است که این سازه کاملاً موقتی است و قرار نیست که جزئی از بافت نهایی باشد. بلکه تنها در نقش ابزاری است که به سلول ها این امکان را می دهد که با قرار گرفتن در شرایط فیزیکی، شیمیایی و مکانیکی مناسب، ECM طبیعی خود را در فضایی سه بعدی سنتز کنند و بافت مورد نظر را به تدریج بسازند. بنابراین ماده‌ی سازنده داربست باید علاوه بر زیست‌‌سازگاری، زیست‌تخریب‌پذیر (Biodegradable) هم باشد تا به مرور زمان، همزمان با شکل گیری بافت جدید و با سرعتی هماهنگ با آن تخریب شود. در مجموع می توان داربست را یک «ECM مصنوعی» دانست که به سلول این امکان را می دهد که ECM طبیعی خود را بسازد.
داربست‌ها می‌توانند طبیعی و یا مصنوعی باشند. داربست های مصنوعی را می توان با استفاده از تکنیک های مهندسی مواد (بخصوص مهندسی پلیمر) به اشکال مختلف تهیه کرد. داربست‌های طبیعی نیز با خارج ساختن سلول‌های یک بافت طبیعی (Decellularization) و باقی گذاشتن یک ساختار غنی از پروتئین و عاری از سلول (Acellular Tissue) قابل تهیه می‌باشند.
داربست‌ها می‌توانند طبیعی و یا مصنوعی باشند. داربست های مصنوعی را می توان با استفاده از تکنیک های مهندسی مواد (بخصوص مهندسی پلیمر) به اشکال مختلف تهیه کرد. داربست‌های طبیعی نیز با خارج ساختن سلول‌های یک بافت طبیعی (Decellularization) و باقی گذاشتن یک ساختار غنی از پروتئین و عاری از سلول (Acellular Tissue) قابل تهیه می‌باشند.
البته بایستی توجه داشت که یک داربست ایده آل، چیزی فراتر از یک سازه بی خطر برای سلول است؛ یعنی علاوه بر آنکه اثر سمی برای سلول ندارد و سلول را در فضایی سه بعدی نگهداری می کند و به حفظ پایداری مکانیکی بافت جدید در مراحل اولیه شکل گیری آن کمک می کند، نقش فعال و مؤثر در تعیین رفتار سلول نیز دارد و به سلول کمک می‌کند تا فعالیت خود را به نحو بهتری انجام دهد.
به عبارت دیگر داربست ایده آل، علاوه بر نقش ساختاری، نقش بیولوژیکی نیز دارد و به اصطلاح زیست فعال (Bioactive) است. بنابراین برای تقلید بهتر ECM، بایستی در حد امکان اصلاحاتی روی داربست اعمال کرد تا بتواند در ساز و کارهای زیستی شرکت کرده و سیگنال‌های لازم را به سلول القاء کند.
کاربرد مهندسـی بافت
امروزه چندین نمونه از کاربرد مهندسی بافت در استفاده بالینی وجود دارد، به عنوان مثال. پوست، غضروف، استخوان، دریچه های قلب و مثانه. نمونه های بسیار بیشتری وجود دارد که هنوز در سطح تحقیقات و آزمایشات حیوانی هستند، مانند کبد مصنوعی، پانکراس و عروق خونی. در بیشتر نمونه‌ها، بافت در خارج از بدن رشد می‌کند و سپس در بدن بیمار کاشته می‌شود.
با این حال، تلاش‌ها و ایده‌های موازی برای مهندسی بافت درون تن نیز وجود دارد، به عنوان مثال. یک کشت سلولی کاشته می‌شود و به بافت مورد نظر در داخل بدن تبدیل می‌شود.
تولید گوشت مصنوعی به وسیله مهندسی بافت
یکی از کاربرد مهندسی بافت، به اصطلاح گوشت مصنوعی است. ایده ساده است – استفاده از کشت سلولی برای رشد گوشت، به عنوان مثال، اساساً سلول های ماهیچه ای یا بافت ماهیچه ای، در یک بیوراکتور. “گوشت” می تواند به عنوان مثال از انواع مختلف سلول های بنیادی ذکر شده در بالا یا از میوسیت ها، که نوعی سلول بنیادی ماهیچه ای است، رشد می کنند.
تاکنون هیچ محصول تجاری موجود نیست، اما کارخانه های ساخت در حال بررسی هستند. مزایای بالقوه گوشت مصنوعی این است که پتانسیل کاهش گازهای اقلیمی ناشی از تولید گوشت و کاهش سطح زمین های کشاورزی اشغال شده برای تولید گاو و خوراک گاو را دارد.
تاکنون هیچ محصول تجاری موجود نیست، اما کارخانه های ساخت در حال بررسی هستند. مزایای بالقوه گوشت مصنوعی این است که پتانسیل کاهش گازهای اقلیمی ناشی از تولید گوشت و کاهش سطح زمین های کشاورزی اشغال شده برای تولید گاو و خوراک گاو را دارد.
آزمایش و غربالگری دارویی یکی دیگر از کاربرد مهندسی بافت
با این حال، شاید جالب‌ترین کاربرد مهندسی بافت، بافت‌های مهندسی شده برای آزمایش و غربالگری در تحقیق و توسعه دارویی باشد.
اگر بتوان یک بافت یا اندام معرف را مهندسی کرد، می‌توان از آن به عنوان محل آزمایش برای غربالگری کارایی، دوز و عوارض جانبی احتمالی داروهای در دست توسعه برای آن بافت خاص استفاده کرد.
چنین آزمایش‌هایی با بافت‌های مهندسی‌شده ممکن است میزان آزمایش‌های حیوانی و شاید زمان آزمایش‌های بالینی را با پتانسیل زیادی برای کاهش هزینه‌های توسعه دارو کاهش دهد.
بیوراکتور در مهندسـی بافت
فرآیند مهندسی بافت اغلب در یک بیوراکتور طراحی شده برای هدایت هر دو شکل هندسی و ویژگی‌های عملکردی زیستی اجرا می‌شود. علاوه بر این، بیوراکتور همچنین کنترل فشار و دما و برنامه های حرکتی خاص مانند هم زدن و چرخش را فراهم می کند. برای ساختن ساختارهای بافتی پیچیده، استفاده از پرینت دو بعدی یا سه بعدی برای ساخت ساختارها به طور فزاینده ای محبوب شده است.
سلول های بنیادی و مهندسی بافت
یک مورد خاص که مزایای قابل توجهی را ارائه می دهد، استفاده از سلول های بنیادی در مهندسی بافت است. سلول های بنیادی انواع مختلفی دارند، به عنوان مثال سلول های بنیادی بالغ و سلول های بنیادی جنینی. سلول های بنیادی بالغ سلول های بنیادی برای یک نوع بافت خاص هستند. آنها در بدن انسان وجود دارند و بافت های بدن مانند استخوان، ماهیچه، پوست را ترمیم یا تجدید می کنند.
سلول های بنیادی جنینی سلول های تمایز نیافته جنین هستند. آنها پرتوان هستند، به عنوان مثال، آنها پتانسیل رشد به هر نوع سلول و بافتی را دارند، همانطور که به طور طبیعی از مرحله اولیه جنینی به یک موجود زنده رشد می کنند.
توانایی پرتوان آنها در زمینه مهندسی بافت عمدتاً یک نعمت است، اما کار با آنها بسیار دشوار است. از آنجایی که این سلول ها می توانند به هر نوع سلول و بافتی تمایز پیدا کنند، ممکن است کنترل تمایز آنها و هدایت آنها به سلول های مورد نظر و در عین حال اجتناب از تمایز به انواع سلول های ناخواسته دشوار باشد.
سلول های بنیادی جنینی با مسائل اخلاقی خاصی مرتبط هستند و بنابراین سلول های بنیادی بالغ ممکن است جذاب تر باشند. کشف مهمی که معضل اخلاقی را حل می‌کند و مزایای کلی را برای مهندسی بافت به ارمغان می‌آورد، کشف یاماناکا (جایزه نوبل 2012) بود که سلول‌های تمایز یافته بالغ را می‌توان به سلول‌های بنیادی بالادستی تبدیل کرد. در صورت موفقیت آمیز بودن، نیاز به برداشت سلول های بنیادی جنینی را از بین می برد.
بیومتریال و مهندسی بافت
بیومتریال ها مواد ساخته شده توسط انسان هستند که برای محصولاتی که برای درمان‌های پزشکی در نظر گرفته شده‌اند، ساخته شده و در آنها استفاده می‌شود. آنها اغلب به طرق مختلف با بافت اطراف خود ادغام می‌شوند. مهندسی بافت، در مقابل، مجموعه‌ای از روش‌ها برای تولید بافت زنده از سلولها یا دانه‌های بافت است.
دلیل اینکه مهندسی بافت در ابتدا به عنوان زیرمجموعه‌ای از بیومواد در نظر گرفته می‌شد، این بود که داربست‌ها و قالب‌ها و مواد مهندسی بافت تمرکز زیادی بر روی مواد داربست و غیره داشتند. امروزه مهندسی بافت به تنهایی به عنوان یک رشته در نظر گرفته می‌شود.
چالش های مهندسی بافت
از نظر موانع و چالش‌ها، یک خط تقسیم واضح بین بافت‌های هدفی که نیاز به عروق دارند، یعنی رگ‌های خونی در بافت رشد یافته، که مواد مغذی و اکسیژن را تحویل می‌دهند و مواد زائد را حذف می‌کنند، و آنهایی که نیازی به عروق ندارند، وجود دارد.
به عنوان مثال، دریچه‌های قلب مهندسی شده بافتی می‌توانند بدون عروقی شدن عمل کنند، زیرا توسط خون احاطه شده‌اند، مواد مغذی و اکسیژن را حمل می‌کنند، در حالی که کبد یا پانکراس مهندسی شده بافت مصنوعی باید دارای عروق داخلی باشد.
منابع سلولی یا بافتی برای بازسازی یا ترمیم بافت
نمونه بافت اولیه یا کشت سلولی برای فرآیند مهندسی بافت می‌تواند اتولوگ باشد، یعنی از همان فردی که تحت درمان است، یا آلوژنیک باشد، به این معنی که از همان گونه، معمولاً یک انسان، اما از یک فرد متفاوت است. همچنین می تواند بیگانه زا باشد، به این معنی که از گونه ای متفاوت از انسان است.
البته سلولها یا بافت‌های اتولوگ مزایای متعددی از نظر سازگاری با بافت‌ها و فیزیولوژی بیمار دارند و پاسخ‌های ایمنی را کاهش می‌دهند.
مهندسی بافت پوست
مهندسی بافت پوست یک رشته به سرعت در حال توسعه است که بر اساس پیشرفت‌هایی که در ربع آخر قرن بیستم انجام شده است، هم در تکنیک کشت سلولی و هم در فناوری ماتریس زیست سازگار است. مواد می توانند فاقد سلول باشند و در داخل بدن برای هدایت تهاجم فیبروبلاست، رسوب کلاژن و تولید نئودرمال استفاده شوند. مواد این گروه همیشه دو لایه هستند که همگی از یک جزء پوستی یکپارچه و یک جزء اپیدرمی موقت که صرفاً برای جلوگیری از اتلاف آب تبخیر شده و سیگنال “بستن زخم” طراحی شده اند، تشکیل شده است. دسته دوم مواد معمولا داربست های تک لایه ای هستند که پوسته های کامپوزیت دولایه ای در شرایط آزمایشگاهی در آنها ایجاد شده است. هدف مهندسی بافت پوست بازسازی اجزای ساختاری و عملکردی پوست، کاهش تشکیل اسکار و بهبود کیفیت بهبود زخم است. ترکیبات زیست مواد و تکنیک‌های جدید ساخت داربست، داربست را به محیط زیستی تقلیدکننده ECM نزدیک‌تر می‌کند.
مهندسی بافت پوست به عنوان ساده ترین کاربرد مهندسی بافت تلقی می شد و اولین موردی بود که مورد بررسی قرار گرفت. کشت فیبروبلاست‌ها که از بیوپسی‌های پوستی به دست می‌آیند، در اوایل ایجاد شد. رشد سلول ها نسبتاً آسان بود و برای توسعه بسیاری از سیستم های اولیه کشت بافت استفاده شد. کشت کراتینوسیت ها توسط راینوالد و گرین در اواخر دهه 1970 و با استفاده از یک سیستم متفاوت توسط کاراسک به دست آمد. زیست شناسی پوست پس از ایمونولوژی در کاربرد تکنیک های زیست شناسی مولکولی و سلولی برای مشکلات پزشکی در رتبه دوم قرار داشت که منجر به پیشرفت های بزرگی در درک فیزیولوژی پوست شده است. نمونه هایی از روش هایی که به کار گرفته شده اند شامل استفاده از تکنیک های کلاسیک زیست شناسی مولکولی و سلولی و حیوانات تراریخته است.
پوست به عنوان یک مانع بین ساختارهای داخلی و محیط خارجی عمل می کند. در دهه 1980 متوجه شد که پوست، علاوه بر اینکه به عنوان یک مانع عمل می کند، با سیستم ایمنی ذاتی و سازگاری نیز تعامل قابل توجهی دارد [3،4]. بنابراین بسیار بیشتر از یک مانع غیرفعال است و به طور فعال مکانیسم های دفاعی را برای محافظت در برابر عفونت، استعمار توسط میکروارگانیسم ها و سایر موجودات مضر خارجی به کار می گیرد.
مهندسی بافت استخوان
مهندسی بافت استخوان، بر خلاف سلول درمانی، قرار دادن مستقیم سلول های بنیادی مزانشیمی بر روی یک حامل یا داربست مناسب، در یک ناحیه نقص را فرض می کند. این به ویژه برای نقایص استخوانی بزرگ (یا سگمنتال) که در نتیجه تروما یا برداشتن تومور رخ می دهد، مناسب است. روش‌های مبتنی بر داربست همچنین می‌توانند برای بازسازی استخوان فک و صورت، به دلیل ضربه به سر، که در آن بازسازی فک یا جمجمه مورد نیاز است، استفاده شود. الزامات داربست های رسانای استخوانی در ابتدای این کتاب به تفصیل توضیح داده شده است. تا آنجا که ما می دانیم، اولین داربست مورد استفاده در ترکیب با سلول های بنیادی مزانشیمی BM در انسان، از بیوسرامیک های ماکرو متخلخل ساخته شده بود. این کارآزمایی در سال 2001 منتشر شد، با نتایج پیگیری 7 ساله نشان دهنده یکپارچگی خوب ایمپلنت، عدم شکستگی دیررس و دوام طولانی مدت ایمپلنت .
فاکتورهای مهمی که باید در نظر گرفته شوند، زمانی که MSCها در ترکیب با داربست استفاده می شوند، نه تنها شیمی داربست و تخلخل، بلکه معماری سطح داربست نیز هستند. این موضوع اخیراً در دالبی و همکارانش به خوبی بیان شده است. مطالعه; آنها نشان دادند که یک توپوگرافی سطح جدید و نانو جابجا شده، تمایز استخوان سازی سلول های بنیادی مزانشیمی را افزایش می دهد، در حالی که نانوتوپووگرافی های بسیار سفارشی، تمایز ناچیزی را ایجاد می کنند. نکته مهم این است که این بدون هیچ گونه تحریک شیمیایی رخ داده است. واقعیت اخیر بر اهمیت محرک های مکانیکی از جمله کشش سلولی و جهت گیری مجدد اسکلت سلولی در تحریک تبدیل سلول های بنیادی مزانشیمی به استئوبلاست تاکید می کند.
یکی دیگر از عوامل کلیدی که باید در نظر گرفته شود، “وضعیت” فیزیولوژیکی و رشدی خود MSCهای بذر شده است. هنگامی که سلول های بنیادی مزانشیمی در شرایط هیپوکسیک و با تراکم بذر کم گسترش یافتند، به نظر می رسید که از تکثیر نابالغ ترین سلول های بنیادی مزانشیمی حمایت می کنند، که می تواند برای بیش از 50 دو برابر شدن جمعیت گسترش یابد. مکانیسم پشت این مشاهدات نامشخص است. این امکان وجود دارد که گسترش استاندارد با چگالی بالا در شرایط نرموکسیک منجر به تمایز خود به خودی و سطح پایین MSC شود. توضیح جایگزین این است که یک جمعیت MSC چسبنده به پلاستیک ناهمگن است، همانطور که ابتدا توسط Pittenger و همکاران نشان داده شد و شرایط استاندارد کشت MSC از کلون های چند توان و دو توان به همان میزانی که از کلون های تک توانی و با تکثیر کمتر پشتیبانی نمی کند.
مهندسی بافت قلب
مهندسی بافت قلب عروقی (CVTE) بازسازی، نگهداری، یا بهبود عملکرد و/یا ساختار بافت آسیب دیده قلب، عروق کرونر و دریچه‌ها را بر اساس بیولوژیک ممکن می‌سازد.آسیب به عضله قلب، حاد یا مزمن، مدت هاست که نقطه عطفی برای چشم انداز سلامت فردی و پیشرفت به نارسایی قلبی در نظر گرفته شده است. آمارهای ملی بسیار ناگوار است، با بیش از 5 میلیون نفر در سال تحت تأثیر نارسایی قلبی و نزدیک به 300000 مرگ و میر.
مشکل این است که سلول های ماهیچه قلب بالغ، میوسیت های قلبی، نمی توانند برای جایگزینی سلول های آسیب دیده تقسیم شوند. بنابراین، علیرغم جمعیت محدودی از سلول‌های بنیادی قلبی ساکن (که در بررسی‌های قبلی این مجموعه به طور کامل توضیح داده شد)، قلب نمی‌تواند با هیچ فرآیندی خود را ترمیم کند. در عوض، بافت اسکار در مناطق آسیب دیده میوکارد ایجاد می شود. چنین بافت زخمی اندام را دست نخورده نگه می دارد اما نمی تواند منقبض شود.
مداخله بالینی ایده آل یا از ایجاد چنین اسکار جلوگیری می کند، یا به سادگی بافت اسکار تشکیل شده را با بافت عضله قلب کارآمد جایگزین می کند. در اولین رویکرد برای چنین درمانی، محققین از تزریق سلول های جدید به مناطق آسیب دیده مهندسی بافت قلب استفاده کرده اند. این مطالعات به دلیل مرگ سلولی، خروج سلولها از قلب و ادغام ضعیف سلولی با بافت قلب دریافت‌کننده موفقیت محدودی داشته است.
مشخص است که سلول ها برای بقای خود در هر محیطی الزامات خاصی دارند. بسیاری از آنها به انتشار مواد موجود مربوط می‌شوند، در حالی که مواد مغذی و اکسیژن در سلولها جریان می‌یابند در حالی که ضایعات و مولکول‌های سیگنال‌دهنده به بیرون منتقل می‌شوند. با این حال، یکی دیگر از نیازهای کمتر شناخته شده اما ضروری برای تقریباً همه سلول ها، نیاز به یک بستر فیزیکی خاص است.
بیشتر انواع سلول ها، از جمله میوسیت های قلبی، تنها زمانی رشد می کنند که به یک سطح حمایت کننده مناسب متصل شوند. بنابراین، هدف مهندسی بافت، ایجاد یک محیط سلولی زنده با استفاده از مواد قابل قبول بیولوژیکی است. ایده این است که سلول های قابل پیوند را می توان در داربست های به اصطلاح مهندسی شده قرار داد و سازمان داد. سپس از چنین داربست هایی با سلول های محتوی می توان برای درمان یا جایگزینی بخشی از بدن استفاده کرد. ساختارهای خالی ساخته شده را نیز می توان در داخل بدن کاشته کرد و ساختاری را برای وضعیت سلول های بنیادی که از قبل موجود هستند فراهم می کند.
برای کسانی که با قیاس کمک می کنند، تلاش های مهندسی بافت را می توان با ساخت یک خانه مقایسه کرد. ساخت و ساز خانه به دیوارها برای پایداری، درها برای حمل مواد، لوله کشی و مدار برای جابجایی آب و برق و پنجره ها برای گردش اکسیژن نیاز دارد. هنگام مهندسی بافت، موارد مشابه – به ترتیب لنگر، انتشار، یکپارچگی و عروقی شدن – باید در نظر گرفته شوند. هدف از چنین طراحی ایجاد یک سازه قابل زندگی است. در مورد بافت قلب، میوسیت های قلبی سالم و عملکردی ساکنان ایده آل هستند.
مهندسی بافت غضروف
غضروف یکی از بافت های حیاتی موجود در بدن انسان و حیوان است. بر خلاف اکثر بافت ها، غضروف دارای عروق خونی، اعصاب و لنفاوی نیست. بیشتر بافت‌های غضروفی در داخل بدن تحت بارهای مکانیکی زیادی قرار می‌گیرند و وظیفه اصلی آن فراهم کردن سطحی صاف و روان‌شده برای تسهیل انتقال بارهای مکانیکی با ضریب اصطکاک پایین است. در نتیجه بافت های غضروفی به راحتی آسیب می بینند. نقایص غضروف اغلب در اثر ضربه، افزایش سن، بیماری های مادرزادی (استئوکندریت) و بسیاری از عوامل دیگر مانند آسیب شناسی غدد درون ریز و سرطان ایجاد می شود. غضروف آسیب دیده ظرفیت محدودی برای التیام و ترمیم دارد.