วิศวกรรมเนื้อเยื่อ: แบบจำลอง
ทางคณิตศาสตร์ช่วยนำวิศวกรรมเนื้อเยื่อจากแนวคิดไปสู่ความเป็นจริง
การเติบโตของกระดูก (ด้านบน) บนนั่งร้านยังห่างไกลจากงานประจำ เครดิต: J. BONE MINER RES 18, 47–57 (2003).
สาขาเว็บสล็อตวิชาวิศวกรรมเนื้อเยื่อที่เกิดขึ้นใหม่มีจุดมุ่งหมายที่ยิ่งใหญ่ในการทำความเข้าใจหลักการของการเจริญเติบโตของเนื้อเยื่อ และการประยุกต์ใช้สิ่งนี้เพื่อผลิตเนื้อเยื่อทดแทนเพื่อการใช้งานทางคลินิก มีความสำเร็จที่โดดเด่นหลายอย่าง ตัวอย่างล่าสุดคือผลงานของ Patrick Warnke, Hendrick Terheyden และเพื่อนร่วมงาน ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของการสร้างขากรรไกรทดแทนภายในกรงตาข่ายไททาเนียมที่แกะสลักโดยการเกลี้ยกล่อมเซลล์ต้นกำเนิดที่เหมาะสม (เซลล์ตั้งต้นที่เข้าใจยากซึ่งก่อให้เกิดเนื้อเยื่อเฉพาะของร่างกาย) เพื่อสร้างกระดูก แต่ถึงแม้ความสำเร็จเช่นนี้จะแสดงให้เห็นว่า ตามแนวคิดแล้ว วิศวกรรมเนื้อเยื่อนั้นเป็นไปได้ แต่การใช้กลยุทธ์ดังกล่าวเป็นประจำยังคงมีเวลาเหลือเฟือ
อันที่จริง มันไม่น่าแปลกใจเลยที่การนำไปใช้ในวงกว้างนั้นต้องการความเข้าใจที่ดีขึ้นมากในหลักการของการสร้างเนื้อเยื่อมากกว่าที่เรามีอยู่ในปัจจุบัน ตั้งแต่พื้นฐานของชีววิทยาสเต็มเซลล์ไปจนถึงฟิสิกส์และชีวกลศาสตร์ของการสร้างรูปแบบ เพื่อทำให้เรื่องยุ่งยากขึ้น (หรืออาจเพิ่มคุณค่า) ภารกิจนี้ยังต้องอาศัยความเชี่ยวชาญเฉพาะทางของนักวิทยาศาสตร์จากหลากหลายสาขาวิชา เช่น นักชีววิทยาด้านเซลล์และโมเลกุล แพทย์ และนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ ซึ่งแต่ละคนมองเห็นปัญหาต่างๆ ที่เกี่ยวข้องจาก มุมมองของวินัยของตัวเอง การบูรณาการเชิงปฏิบัติของความเข้าใจที่ดูเหมือนจะแตกต่างกันเหล่านี้ได้รับการพิสูจน์แล้วว่าเป็นแหล่งที่มาของความท้าทายและโอกาสทางวิทยาศาสตร์มากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความร่วมมือระหว่างนักชีววิทยาและนักคณิตศาสตร์กำลังให้วิธีคิดทางเลือกและสร้างสรรค์ใหม่ๆ เกี่ยวกับการสร้างเนื้อเยื่อขึ้นมาใหม่
การสืบพันธุ์ของเนื้อเยื่อที่ทำหน้าที่ ex vivo
นั้นต้องอาศัยความเข้าใจไม่เพียงแต่เกี่ยวกับพฤติกรรมของเซลล์แต่ละเซลล์เท่านั้น แต่ยังต้องเข้าใจถึงรูปแบบและหน้าที่ที่เกิดขึ้นทั่วโลกจากปฏิสัมพันธ์ของเซลล์ในท้องถิ่นด้วย เมื่อพิจารณาว่าเนื้อเยื่อที่กำลังพัฒนาเป็นระบบทางชีววิทยาที่ซับซ้อน แบบจำลองทางคณิตศาสตร์สามารถให้ความเข้าใจแบบองค์รวมได้ การใช้แบบจำลองตัวแทนในการตีความระบบสเต็มเซลล์กำลังเริ่มแสดงให้เห็นถึงคำมั่นสัญญาในการเสนอวิธีคิดใหม่เกี่ยวกับวิวัฒนาการของเนื้อเยื่อ ในแบบจำลองเหล่านี้ เซลล์จะถูกพิจารณาว่าเป็นเอนทิตี (หรือตัวแทน) ที่แตกต่างกันโดยวางตำแหน่งบนโครงตาข่ายที่เหมาะสม และมีการกำหนดพฤติกรรมของเซลล์อย่างง่าย ซึ่งไม่เพียงพอต่อการสร้างรูปแบบไม่ว่าจะในระดับเซลล์เองหรือในระดับท้องถิ่น แต่ในระดับโลก โครงสร้างสามารถเห็นได้จากผลรวมระยะยาวของพฤติกรรมระดับต่ำเหล่านี้ แบบจำลองดังกล่าวกำลังถูกรวมเข้าไว้ในแผนงานเชิงปฏิบัติเพื่อสำรวจพฤติกรรมของระบบสเต็มเซลล์และกลไกของการควบคุมเนื้อเยื่อ
จากตัวอย่างที่เกี่ยวข้อง งานปัจจุบันของเรามุ่งเน้นไปที่พฤติกรรมของประชากรสเต็มเซลล์ที่เลือกในแหล่งกำเนิด ขณะที่พวกมันดำเนินไปตามเส้นทางการสร้างกระดูกเพื่อสร้างกระดูก พฤติกรรมที่นี่รวมทั้งศักยภาพในการสร้างความแตกต่างและรูปแบบเชิงพื้นที่ของการยึดเกาะ การโยกย้าย และการเพิ่มจำนวนของเซลล์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เรากำลังใช้แบบจำลองทางคณิตศาสตร์ของพฤติกรรมประชากรเซลล์ร่วมกับการทดลองเพื่อสำรวจการควบคุมของฟีโนไทป์ของเซลล์สร้างกระดูกและเนื้อเยื่อกระดูกบนโครงที่มีรูพรุนสามมิติต่างๆ ด้วยการผสมผสานความเชี่ยวชาญด้านวิทยาศาสตร์วัสดุชีวจำลองและชีววิทยาสเต็มเซลล์เข้ากับแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ เป้าหมายของเราคือการเลือกกลยุทธ์ด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อที่มีแนวโน้มว่าจะประสบความสำเร็จมากที่สุด และนำเสนอวิธีการที่สร้างสรรค์ในการตรวจสอบการสร้างเนื้อเยื่อ งานนี้เป็นการกำกับการวิจัยทดลองใหม่ที่ช่วยอธิบายความสัมพันธ์ระหว่างการทำงานของเซลล์ต้นกำเนิด การแยกความแตกต่าง การส่งสารอาหาร และการพัฒนาสถาปัตยกรรมเนื้อเยื่อระดับมหภาคเว็บสล็อต
