הנדסת רקמות

הנדסת רקמות מוגדרת כשילוב טכניקות בין תאים חיים, הנדסה וחומרים על מנת לשפר או להחליף פונקציות ביולוגיות. 
הנדסת רקמות מאפשרת יצירת רקמת תאים חיה מחוץ לגוף מתרביות תאים, שתאפשר כנראה בעתיד החלפת איברים חולים או פצועים באיברים בריאים ללא צורך בתרומת איברים.
בזמן שרוב ההגדרות של הנדסת רקמות מכסות שימושים רבים, בפועל השימוש במונח מתייחס לרוב ליישומים שמטרתם לתקן או להחליף חלקים או רקמות שלמות. (לדוגמה, עצמות, סחוס, כלי דם, שלפוחית השתן, עור). לרוב, הרקמות דורשות מאפיינים מכנים ומבנים ספציפיים על מנת לתפקד כראוי. 
המונח גם משמש למאמצים המושקעים ביצירה של פונקציות ביוכימיות באמצעות תאים הנמצאים בתוך סביבה מלאכותית (לדוגמה לבלב או כבד מלאכותיים). לפעמים משתמשים במונח "רפואה רגנרטיבית" להגדיר הנדסת רקמות, אף על פי שרפואה רגנרטיבית שמה יותר דגש על השימוש בתאי גזע ביצירת הרקמות.

רקע

ההגדרה הנפוצה עבור הנדסת רקמות כפי שנקבעה על ידי לאנגר ווקנטי
היא "תחום בין-דיסיפלנרי אשר מיישם עקרונות מתחומי ההנדסה ומדעי החיים במטרה לפתח תחליפים ביולוגים על מנת לחדש, לתחזק או לשפר רקמות או איברים שלמים". הנדסת רקמות הוגדרה בנוסף כ-"הבנת העקרונות של גדילת רקמות  ויישומם על מנת לייצר רקמה חילופית לצרכים קליניים".
התקדמות משמעותית בתחום הנדסת הרקמות הניבה חלופות ואסטרטגיות השתלה חדשניות לרקמות פגועות. התקדמות מדעית בתחומי מחקר כגון הביו-חומרים, תאי גזע, פקטורי גדילה והתמיינות וביו-ריאקטורים יצרו הזדמנויות מיוחדות ליצירת רקמות במעבדה באמצעות שילוב של  מטריקסים חוץ תאיים מהונדסים ("scaffolds"), תאים ומולקולות ביו-אקטיביות. 
אחד האתגרים הגדולים ביותר שהנדסת הרקמות עומדת בפניו הוא הצורך ביצירת רקמות עם פונקציונליות מורכבת יותר כמו גם שמירה על יציבות ביו-מכנית על מנת שיהיה ניתן להעביר את הרקמות הללו להשתלות קליניות. ההצלחה המתמשכת בהנדסת הרקמות במטרה ליצור תחלופה אמיתית לאיברים אנושיים מחייבת את המשך השיתוף בין תחומי ההנדסה השונים והמחקר הבסיסי בהבנת ברקמות, מטריקסים, פקטורי גדילה, תאי גזע וביולוגיה התפתחותית כמו גם מדע החומרים וביו-אינפורמטיקה.

שימוש בתאים כיחידות בניה

הנדסת רקמות משתמשת בתאים חיים ליצור או ריפוי רקמות. דוגמאות לכך ניתן לראות שבשימוש בפיברובלסטים כתחליף או לתיקון עור ריפוי סחוס נעשה באמצעות כונדרוציטים (תאי רקמת בסחוס) ועוד. 
התאים הפכו לשימושיים כאשר מדענים מ-Geron Corp מצאו דרך להאריך טלומרזים ב-1998 ועל ידי כך הפיקו קווי תאים שיכלו להתחלק מספר רב כמעט אינסופי של פעמים. לפני זה, תרביות רקמה של תאי יונקים (שאינם סרטניים), אשר נלקחו מחיות או אנשים, יכלו להתחלק רק מספר מוגבל של פעמים.

הפקת התאים

מרקמות גוף נוזליות לדוגמת דם, ניתן להפיק כמות מסיבית של תאים באמצעות צנטריפוגה או ב-Apheresis (מכשיר מיוחד המאפשר הוצאת רכיבים ספציפיים מדם החולה והחזרת הנוזלים והתאים שלא השתמשו בהם אל הגוף בחזרה). מרקמות מוצקות, הפקת התאים קשה יותר. בדרך כלל הרקמה נטחנת ואז מעוכלת באמצעות תוספת אנזימים כמו טריפסין או קולגנז על מנת להיפטר מהמטריקס החוץ תאי (ECM) אשר נשאר דבוק אל התאים. בסוף התהליך התאים צפים בצורה חופשית בתוך נוזלי הרקמה וניתן להפיק אותם באמצעות צנטריפוגה.
השימוש בטריפסין הוא מאוד תלוי טמפרטורה. טמפרטורות גבוהות יותר מעכלות את המטריקס מהר יותר אבל יוצרות יותר נזק לתאים. קולגנז הוא פחות תלוי טמפרטורה ופוגע בתאים פחות, אבל התהליך ממושך יותר והראגנט עצמו יותר יקר.

חומרים

סוגי חומרים רבים נחקרו ביניהם טבעיים, סינתטיים, מתכלים וקבועים. רוב החומרים הללו היו מוכרים בשימוש קליני עוד הופעת תחום המחקר של הנדסת הרקמות. נעשה בהם שימוש לדוגמה בחוטים לתפרים מתכלים. דוגמה לחומרים אלו הנם קולוגן וכמה סוגי פוליאסטרים.
חומרים ביולוגיים הונדסו על מנת לקבל מאפיינים פונקציונליים אידיאלים: יכולת הזרקה, יצור סינתטי, תאימות ביולוגית, אינרטיות חיסונית, שקיפות, סיבים ננומטרים, ריכוז נמוך קצב ספיגה ועוד. 
חברת PuraMatrix לדוגמה שמקורה במעבדות MIT   מייצרת עתה בצורה מסחרית סוגי פיגומים המותאמים קלינית להנדסת רקמות.
שימוש נפוץ בחומר סינתטי הוא  (PLA(polylactic acid - חומצה פולילקטית. זהו חומר סינתטי אשר מתכלה בתוך גוף האדם ויוצר חומצה לקטית. כימיקל שמיוצר באופן טבעי בגוף ומוסלק ממנו בקלות.
חומרים דומים נוספים הם (polyglycolic acid (PGA חומצה פוליגליקולית ו- polycaprolactone 
(PCL): איכות ההתכלות שלהם דומה לזה של ה-PLA אבל הם מאפשרים קצב התפרקות מהיר או איטי יותר בהתאם לצורך.
פיגומים הם יכולים להיבנות כאמור מחומרים טבעיים, ולמעשה נגזורת שונות של חומרים חוץ תאיים נחקרו על מנת להעריך את היכולת שלהם לתמוך בגדילת תאים. חומרים על בסיס חלבונים כמו קולוגן ופיברין ופוליסכרידים פוליסכרידים כמו גליקואמינוגליקנים ו-chitosan, כולם הראו תאימות במגע עם תאים, אולם יש עדיין מספר בעיות בנושאים כגון תגובתיות חיסונית שהם עלולים לעורר.
קבוצת פונקציונליות בפיגומים יכולים לשמש על מנת להעביר מולקולות קטנות כגון תרופות לרקמות ספציפיות. 
עוד סוג של פיגום שנמצא במחקר מופק מרקמות של בעלי חיים אשר עוברות תהליך של ניקוי מתאים (decellularise) ומשאירות שלד של חומר חוץ תאי אשר יכול לשמש כפיגום לזריעת תאים.