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人体の組織や臓器を再生する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、人の組織や臓器を失うことは簡単に起こります。組織が死ぬと（壊死と呼ばれます）、元に戻すことはできません。取り除いたり修復したりしないと、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生体システムと相互作用する物質）を使用することにより、機能組織を作成して、損傷した人間の組織や臓器を修復、修復、または置換することができます。
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年代に始まります。 Yuan-Cheng Fungと名付けられたアメリカ人のバイオエンジニアと科学者は、国立科学財団（NSF）に、研究センターを生きた組織に捧げることを提案しました。 Fungは人間の組織の概念を取り入れ、それを細胞と臓器の間のあらゆる生物に適用できるように拡張しました。
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」という用語をラベル付けしました。これにより組織工学会（TES）が結成され、後に組織工学および再生医学国際学会（TERMIS）となりました。
TERMISは、組織工学と再生医療の分野における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、ならびに組織、器官、およびヒト細胞の正常な機能を回復するために自己修復する人体の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
ティッシュエンジニアリングには、医学や研究におけるいくつかの主要な機能があります。骨修復（石灰化組織）、軟骨組織、心臓組織、膵臓組織、血管組織などの組織または臓器の修復を支援します。また、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タイプの細胞に発達する可能性があり、体の領域の修復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疾患を研究するためのモデルを作成できます。
組織工学の3D特性により、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、これらの疾患に対する潜在的な新薬をテストする環境を提供します。
使い方
組織工学のプロセスは複雑なものです。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3D機能組織の形成が含まれます。これを行うには、細胞と生体分子を足場と組み合わせます。
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、交換する必要のある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、新しい組織が設計されて、損傷または罹患していない古い組織の状態を複製します。
足場、細胞、生体分子
体内の細胞によって通常作成される足場は、体内のタンパク質、人工プラスチックなどのソースから、またはドナーの臓器などの既存の足場から構築できます。ドナー臓器の場合、足場は患者から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。
形成方法に関係なく、体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のはこの足場構造です。
正しい細胞を選ぶことは、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つの主なタイプ
- 胚性幹細胞：通常は体外で体外で受精した卵の胚から発生します。
- 成体幹細胞：通常の細胞の中で体内に見られます-彼らは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行動する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、多能性幹細胞の供給は無制限であり、それらの使用は人間の胚を破壊する問題を含みません（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法に関する調査結果を発表しました。
全体として、生体分子には4つの主要なクラスが含まれます（ただし、2次クラスもあります）：炭水化物、脂質、タンパク質、および核酸。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、脳や心臓の機能などの臓器を助け、消化器系や免疫系のように機能します。
タンパク質は、細菌や構造的サポート、体の動きに対する抗体を提供します。核酸はDNAとRNAを含み、細胞に遺伝情報を与えます。
医療用
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。患者の皮膚移植、軟骨修復、小動脈、膀胱で組織工学を使用したいくつかのケースがあります。ただし、心臓、肺、肝臓などの組織工学により大きな臓器はまだ患者で使用されていません（ただし、研究室で作成されています）。
患者にティッシュエンジニアリングを使用することのリスク要因は別として、手順は非常にコストがかかります。ティッシュエンジニアリングは、医学研究、特に新薬の処方をテストする際に役立ちます。
体外の環境で生きた機能する組織を使用することで、研究者は個別化医療で利益を得ることができます。
個別化医療は、遺伝子構成に基づいて特定の患者に有効な薬剤があるかどうかを判断するのに役立ちます。また、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が実施した組織工学の最近の例には、マウスに移植された人間の肝臓組織の工学が含まれます。マウスは自身の肝臓を使用するため、人間の肝臓組織は薬物を代謝し、人間の方法を模倣しますマウス内の特定の薬に反応します。これにより、研究者は、特定の薬物療法で起こりうる薬物相互作用を知ることができます。
組み込みのネットワークで組織を操作するために、研究者たち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、人工チャネルを移動するまで、溶液は人工組織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。研究者たちは、ドナー臓器の細胞を使用して、生体分子と（ドナー臓器の）コラーゲン足場と組み合わせ、新しい腎臓組織を成長させました。
次に、この臓器組織を、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）についてテストしました。この組織工学の分野（心臓、肝臓、肺などの臓器でも同様に機能する）の進歩は、臓器移植患者の免疫抑制に関連する疾患を減らすだけでなく、ドナー不足にも役立ちます。
それが癌とどのように関連するか
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。組織工学の前は、腫瘍環境は体外で2D形式でのみ作成できました。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、研究者は腫瘍の環境を特定の細胞の微小環境にまで観察し、細胞内の特定の化学組成が変化したときに疾患がどうなるかを確認できます。
このようにして、組織工学は、研究者ががんの進行と、同じ種類のがんの患者に対する特定の治療アプローチの影響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んでいますが、腫瘍の成長により新しい血管が形成されることがよくあります。これは、がんの研究で組織工学が進歩したとしても、人工組織を生きている生物に移植することによってのみ排除できる限界があるかもしれないことを意味します。
ただし、がんの場合、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、がん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、癌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。
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