Все биологические материалы содержат наноразмерные структуры, и мы обычно используем термин "нано-" для обозначения искусственных структур с размером не менее 1 микрона.
В принципе, природные структуры состоят из нанометровых структур, собранных "снизу вверх" из биохимических реакций в микро- и макроструктуры; таким образом, молекулы из химии являются исходными "нано-".
Биомиметические наноструктуры, созданные человеком, могут быть спроектированы по принципу "сверху вниз" иерархических методов производства, которые добавляют и удаляют материал с помощью различных методов. Одной из особенностей успешных нанотехнологий, будь то природных или синтетических, является функциональный интерфейс с крупными микро- и макрокомпонентами. Наномасштабирование может напрямую взаимодействовать с функциональными элементами сосудистой биологии.
Работая над масштабом наших клеток и их составляющих, тканевые инженеры вскоре смогут построить биологически точные инженерные ткани, которые функционируют, поскольку их структура имитирует природу более точно, чем когда-либо ранее.
Гибридные стенты или трансплантаты с использованием искусственных материалов, а также живых материалов могут позволить улучшить структурные и биологические функции у пациентов с заболеваниями сердечно-сосудистых тканей и даже позволить врачам осуществлять беспроводной мониторинг здоровья и материальных свойств сосудов повышенного риска.
С развитием плюрипотентной клеточной манипуляции, специфические для пациента сосуды могут быть созданы с использованием собственных клеток или ДНК пациента для устранения проблем иммунного ответа. Маленькие инструменты, создаваемые микро- и нанотехнологиями, приведут к появлению все более мелких стентов и трансплантатов и более эффективных дистанционных микрохирургических методов и инструментов.
Искусственные ткани, собранные с высокой точностью на основе наноразмерных технологий, синтетико-биологические гибридные технологии, повышающие жизнеспособность существующих синтетических трансплантатов, и новые кадры наноизображений и нанотехнологических хирургических инструментов.
Нанопроектирование биологической среды.
Инженерное проектирование замещающих сосудов с использованием нанотехнологий обладает огромным потенциалом для тканевых инженеров. Первые успехи в конструировании сосудов были достигнуты благодаря использованию слоев различных типов клеток, а затем скручивались вместе, образуя сосудоподобные структуры.
Функция сосудистой ткани сильно повторяет свою структурную форму. Основной единицей сосудистой ткани является медиальный ламельный блок.
Такие методы, как структурирование белков и электроспиннинг, способны генерировать листы организованного эластина под надлежащим образом расположенными вне оси гладкомышечными клетками между коллагеновыми гнездами.
Существующие микро- и нанотехнологии изготовления позволяют изготавливать системы ретрансляторов, поэтому можно организовать и затем закатать или уложить в штабель сотни тысяч единиц MLU в сосуд для их размещения.
Поэтому ожидается, что полимеры с соответствующей жесткостью, структурой и участками биохимического/белкового связывания обеспечат здоровую среду для роста и размножения сердечно-сосудистых типов клеток. Для достижения этой цели исследователи в настоящее время работают над различными частями головоломки сосудистой тканевой инженерии, такими как инженерные искусственные полимеры внеклеточного матрикса с индивидуальными механическими и биохимическими свойствами.
Также исследовано влияние механической стимуляции, нано- и микроструктуры и специфических связывающих белков на организацию, морфологию и функцию клеток. Структурирование белков может улучшить выравнивание эндотелиальных клеток, кроме того, было показано, что структурирование текстуры поверхности улучшает не только выравнивание клеток, но и адгезионные свойства.
Итак, нанотехнологии в медицине открывают широкие возможности для применения хирургических инструментов и процедур.