Актуальные достижения, вызовы и перспективы в персонализированной биоинженерии органов и тканей



Цитировать

Полный текст

Аннотация

Рассмотрены современные тканеинженерные технологии, позволяющие восстанавливать или заменять органы и ткани. Показаны принципы, технологии и этапы создания тканеинженерных конструкций. Описаны основные процессы биодеградации тканеинженерных продуктов после имплантации. Приведены наиболее успешные и перспективные достижения тканевой биоинженерии для персонализированного восстановления бронхов, миокарда и клапанов сердца, кровеносных сосудов, кожи, а также показана возможность получения тканеинженерных персонализированных зубов. Приведены наиболее перспективные направления дальнейшего развития персонализированной биоинженерии.  Обсуждены этические и юридические проблем при заборе исходного донорского биологического материала и последующего использования биоинженерных продуктов у пациентов. Представленные литературные источники освещают современные тенденции и достижения в области 3D-тканевой инженерии и регенеративной медицины, сфокусированные на создании функциональных тканевых конструкций для восстановления поврежденных органов.

Об авторах

Александр Иванович Тюкавин

Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. И.П. Павлова Министерства здравоохранения Российской Федерации

Автор, ответственный за переписку.
Email: alexander.tukavin@pharminnotech.com
ORCID iD: 0000-0001-5129-4414
SPIN-код: 8476-5366
Scopus Author ID: 6603645369
ResearcherId: V-6699-2017

д-р мед. наук, профессор, профессор кафедры патофизиологии с курсом клинической патофизиологии

Россия, Санкт-Петербург

Гумар Искандарович Кадыров

Biona Group, международная биоинформационная интернет-платформа

Email: gumakad@gmail.com

Генеральный директор

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Лаврешин, А. В. Тканевая инженерия корня аорты человека методом децеллюляризации : специальность 03.03.04 "Клеточная биология, цитология, гистология" : автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата медицинских наук / Лаврешин Алексей Владимирович. – Санкт-Петербург, 2016. – 22 с.
  2. Эскандар К. Развитие 3D-биопечати: от органов до персонализированной медицины. Пациентоориентированная медицина и фармация. 2025;3(1):6-15. https://doi.org/10.37489/2949-1924-0075.
  3. Robert S. Langer A biochemical and biomedical engineer, Langer works at the cutting edge of research into biologically compatible synthetic materials. / [Jelektronnyj resurs] // Science History Institute : [sajt]. — URL: https://www.sciencehistory.org/education/scientific-biographies/robert-s-langer.
  4. Ganesan O., Kiwanuka H., Hamaguchi R., Orgill D.P. A review of regenerative medicine and tissue engineering with a focus on wound healing and anti-aging. Front Surg. 2025 Jun 5;12:1504563. doi: 10.3389/fsurg.2025.1504563.
  5. Lee S.J. Personalized Reconstruction with Three-dimensional Printed Urological Tissue Constructs. Eur Urol Focus. 2024 Mar;10(2):259-262. doi: 10.1016/j.euf.2024.01.006.
  6. Lee S.J., Jeong W., Atala A. 3D Bioprinting for Engineered Tissue Constructs and Patient-Specific Models: Current Progress and Prospects in Clinical Applications. Adv Mater. 2024 Dec;36(49):e2408032. doi: 10.1002/adma.202408032.
  7. Liu S., Cheng L., Liu Y., Zhang H., Song Y., Park J.H., Dashnyam K., Lee J.H., Khalak F.A., Riester O., Shi Z., Ostrovidov S., Kaji H., Deigner H.P., Pedraz J.L., Knowles J.C., Hu Q., Kim H.W., Ramalingam M. 3D Bioprinting tissue analogs: Current development and translational implications. J Tissue Eng. 2023 Jul 13;14:20417314231187113. doi: 10.1177/20417314231187113.
  8. Han S., Cruz S.H., Park S., Shin S.R. Nano-biomaterials and advanced fabrication techniques for engineering skeletal muscle tissue constructs in regenerative medicine. Nano Converg. 2023 Oct 21;10(1):48. doi: 10.1186/s40580-023-00398-y.
  9. Khan A., Kumari P., Kumari N., Shaikh U., Ekhator C., Halappa Nagaraj R., Yadav V., Khan A.W., Lazarevic S., Bharati B., Lakshmipriya Vetrivendan G., Mulmi A., Mohamed H., Ullah A., Kadel B., Bellegarde S.B., Rehman A. Biomimetic Approaches in Cardiac Tissue Engineering: Replicating the Native Heart Microenvironment. Cureus. 2023 Aug 13;15(8):e43431. doi: 10.7759/cureus.43431.
  10. Wang S., Zhao S., Yu J., Gu Z., Zhang Y. Advances in Translational 3D Printing for Cartilage, Bone, and Osteochondral Tissue Engineering. Small. 2022 Sep;18(36):e2201869. doi: 10.1002/smll.202201869.
  11. Бикмулина П.Ю., Кошелева Н.В., Шпичка А.И., Юсупов В.И., Рочев Ю.А., Тимашев П.С. ФОТОБИОМОДУЛЯЦИЯ КЛЕТОЧНОГО МЕТАБОЛИЗМА В 3DКУЛЬТУРАХ. Актуальная биотехнология. 2020;(3):351-354. https://doi.org/10.20914/2304-4691-2020-3-351-354.
  12. Allen J.B., Ludtka C., James B.D. Sex as a Biological Variable in Tissue Engineering and Regenerative Medicine. Annu Rev Biomed Eng. 2023 Jun 8;25:311-331. doi: 10.1146/annurev-bioeng-092222-030857.
  13. Указ Президента РФ от 07.07.2011 N 899 "Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации" / [Электронный ресурс] // Сайт Президента России : [сайт]. — URL: http://www.kremlin.ru/acts/bank/33514 (дата обращения: 01.10.2025).
  14. Пронина Е.А., Попыхова Э.Б., Степанова Т.В., Иванов А.Н. СОВРЕМЕННЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ РЕГЕНЕРАТИВНОЙ МЕДИЦИНЫ // Современные проблемы науки и образования. 2019. № 3. ; URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=28968 (дата обращения: 10.10.2025).
  15. Zhang H., Cheng J., Ao Q. Preparation of Alginate-Based Biomaterials and Their Applications in Biomedicine. Mar Drugs. 2021 May 10;19(5):264. doi: 10.3390/md19050264.
  16. Sorushanova A., Delgado L.M., Wu Z., Shologu N., Kshirsagar A., Raghunath R., Mullen A.M., Bayon Y., Pandit A., Raghunath M., Zeugolis D.I. The Collagen Suprafamily: From Biosynthesis to Advanced Biomaterial Development. Adv Mater. 2019 Jan;31(1):e1801651. doi: 10.1002/adma.201801651.
  17. Zhang Y., Wang J. Current status and prospects of gelatin and its derivatives in oncological applications: Review. Int J Biol Macromol. 2024 Aug;274(Pt 1):133590. doi: 10.1016/j.ijbiomac.2024.133590.
  18. Perelygin V. V. Chitin and Its Derivative Chitosan: Distribution in Nature, Applications, and Technology Research (A Review) / V. V. Perelygin, M. V. Zharikov, I. V. Zmitrovich, T. A. Nekrasova // International Journal of Medicinal Mushrooms. – 2024. – Vol. 26, No. 10. – P. 69-81. – doi: 10.1615/intjmedmushrooms.2024055012.
  19. Zhu M., Wang K., Mei J., Li C., Zhang J., Zheng W., An D., Xiao N., Zhao Q., Kong D., Wang L. Fabrication of highly interconnected porous silk fibroin scaffolds for potential use as vascular grafts. Acta Biomater. 2014 May;10(5):2014-23. doi: 10.1016/j.actbio.2014.01.022.
  20. Zhang Q., Li M., Hu W., Wang X., Hu J. Spidroin-Based Biomaterials in Tissue Engineering: General Approaches and Potential Stem Cell Therapies. Stem Cells Int. 2021 Dec 20;2021:7141550. doi: 10.1155/2021/7141550.
  21. Salih, A.R.S., Farooqi, H.M.U., Amin, H. and others. Hyaluronic acid: a comprehensive review of a multifunctional biopolymer. Futur J Pharm Sci 10, 63 (2024).https://doi.org/10.1186/s43094-024-00636-y.
  22. Севастьянов В.И. Технологии тканевой инженерии и регенеративной медицины. Вестник трансплантологии и искусственных органов. Т. XVI № 3–2014. – С. 93-108. – doi: 10.15825/1995-1191-2014-3-93-108.
  23. Товпеко Д.В., Кондратенко А.А., Калюжная Л.И. и др. Биотехнологический бесклеточный неиммуногенный продукт сохраняет основные регенеративные структурные компоненты пуповины человека. Биотехнология, 2023. – T. 39, – № 1. – С. 49-59. doi: 10.56304/S0234275823010118.
  24. Боброва М.М. Разработка и исследование скаффолдов на основе децеллюляризованной ткани печени для биоинженерных конструкций: автореферат дис. ... кандидата биологических наук: 14.01.24 / Боброва Мария Михайловна; — Москва, 2019.
  25. Macchiarini P., Jungebluth P., Go T., Asnaghi M.A., Rees L.E., Cogan T.A., Dodson A., Martorell J., Bellini S., Parnigotto P.P., Dickinson S.C., Hollander A.P., Mantero S., Conconi M.T., Birchall M.A. Clinical transplantation of a tissue-engineered airway. Lancet. 2008 Dec 13;372(9655):2023-30. doi: 10.1016/S0140-6736(08)61598-6. Epub 2008 Nov 18. Retraction in: Lancet. 2023 Oct 28;402(10412):1510. doi: 10.1016/S0140-6736(23)02341-3. Erratum in: Lancet. 2009 Feb 7;373(9662):462. Erratum in: Lancet. 2019 Jul 20;394(10194):218. doi: 10.1016/S0140-6736(19)31562-4.
  26. Mota F.B., Maciel Braga L.A., Cabral B.P., Conte Filho K.G. (2022) Future of Bioprinted Tissues аnd Organs: A Two-Wave Global Survey. Foresight and STI Governance, 16(1), 6–20. doi: 10.17323/2500-2597.2022.1.6.20.
  27. Roche K.D., Gentile C. Transplantation of a 3D bioprinted patch in a mouse model of myocardial infarction. J Vis Exp. 2020 Sep 26; (163). doi: 10.3791/61675.
  28. Nenad Bursac, Ph.D. Biomedical Engineering Professor of Biomedical Engineering / [Jelektronnyj resurs] // Duke Biomedical Engineering : [sajt]. — URL: https://bme.duke.edu/people/nenad-bursac.
  29. Matthews Nina, Pandolfo Berto, Moses Daniel, Gentile Carmine, "Taking it to heart: 3D bioprinting a patient-specific cardiac patch for the treatment of heart failure." Bioengineering. 2022, Vol. 9, No. 3 p. 93. DOI.org/10.3390/bioengineering9030093.
  30. Основы персонализированной биомедицины и биофармации: учебник / А.И. Тюкавин, Н.А. Арсениев, Т.Д. Власов [и др.]; под ред. А.И. Тюкавина, С.В. Сучкова. — Москва: ИНФРА-М, 2025. — 460 с.: ил. — (Высшее образование). — doi: 10.12737/2198519.
  31. Попов Г.И., Вавилов В.Н., Попрядухин П.В. и др. Оценка тканеинженерного сосудистого имплантата на основе биодеградируемой матрицы и мезенхимных стромальных клеток в хроническом эксперименте in vivo. Цитология, 2022. –T. 64. – № 6. – С. 591-599. doi: 10.31857/S0041377122060098.
  32. Personalized tissue-engineered veins – long term safety, functionality and cellular transcriptome analysis in large animals. Biomater Sci. 2023 May 30;11(11):3860–3877. 10.1039/d2bm02011d' target='_blank'>https://doi: 10.1039/d2bm02011d.
  33. Kudryavtseva V., Stankevich K., Kozelskaya A., Kibler E., Zhukov Y., Malashicheva A., Golovkin A., Mishanin A. et al. ( 2020 ) . Magnetron plasma mediated immobilization of hyaluronic acid for the development of functional double-sided biodegradable vascular graft . Applied Surface Science vol. 529, doi: 10.1016/j.apsusc.2020.147196.
  34. Tissue Engineering and Regenerative Medicine Section Volume 9 – 2021 | https://doi.org/10.3389/fbioe.2021.662418.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Эко-Вектор, 2025

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС 77 - 76969 от 11.10.2019.