एक कृत्रिम सेल या न्यूनतम सेल एक इंजीनियर कण है जो जैविक कोशिका के एक या कई कार्यों की नकल करता है। यह शब्द किसी विशिष्ट भौतिक इकाई का संदर्भ नहीं देता है, बल्कि इस विचार के लिए कि जैविक कोशिकाओं के कुछ कार्यों या संरचनाओं को प्रतिस्थापित किया जा सकता है या सिंथेटिक इकाई के साथ पूरक किया जा सकता है। अक्सर, कृत्रिम कोशिकाएं जैविक या बहुलक झिल्ली होती हैं जो जैविक रूप से सक्रिय सामग्री को संलग्न करती हैं। इस प्रकार, नैनोकणों, लिपोसोम, पॉलिमर्सोम, माइक्रोक्रैप्सूल और कई अन्य कण कृत्रिम कोशिकाओं के रूप में योग्य हैं। सूक्ष्म-encapsulation झिल्ली के भीतर चयापचय, छोटे अणुओं के आदान-प्रदान और इसके आसपास बड़े पदार्थों के पारित होने की रोकथाम के लिए अनुमति देता है। Encapsulation के मुख्य फायदे शरीर में बेहतर नकल, कार्गो की घुलनशीलता में वृद्धि और प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया में कमी शामिल हैं। विशेष रूप से, कृत्रिम कोशिकाएं हेमोपरफ्यूजन में चिकित्सीय रूप से सफल रही हैं।

सिंथेटिक जीवविज्ञान के क्षेत्र में, एक “जीवित” कृत्रिम कोशिका को पूरी तरह से सिंथेटिक रूप से बने सेल के रूप में परिभाषित किया गया है जो ऊर्जा को पकड़ सकता है, आयन ग्रेडिएंट बनाए रखता है, मैक्रोमोल्यूल्स के साथ-साथ स्टोर की जानकारी भी रखता है और इसमें परिवर्तन करने की क्षमता होती है। ऐसा सेल अभी तक तकनीकी रूप से व्यवहार्य नहीं है, लेकिन कृत्रिम कोशिका की एक भिन्नता बनाई गई है जिसमें जीनोमिक रूप से खाली मेजबान कोशिकाओं के लिए एक पूरी तरह सिंथेटिक जीनोम पेश किया गया था। हालांकि पूरी तरह से कृत्रिम नहीं है क्योंकि साइटप्लाज्स्मिक घटकों के साथ-साथ मेजबान कोशिका से झिल्ली भी रखी जाती है, इंजीनियर कोशिका सिंथेटिक जीनोम के नियंत्रण में होती है और दोहराने में सक्षम होती है।

इतिहास
1 9 60 के दशक में मैकगिल विश्वविद्यालय में थॉमस चांग द्वारा पहली कृत्रिम कोशिकाओं का विकास किया गया था। इन कोशिकाओं में नायलॉन, कोलाोडियन या क्रॉसलिंक प्रोटीन के अल्ट्राथिन झिल्ली शामिल थे जिनके अर्धचिकित्सा गुणों ने सेल के अंदर और बाहर छोटे अणुओं के प्रसार की अनुमति दी। ये कोशिकाएं माइक्रोन के आकार और निहित कोशिका, एंजाइम, हीमोग्लोबिन, चुंबकीय सामग्री, adsorbents और प्रोटीन थे।

बाद में कृत्रिम कोशिकाएं सौ-माइक्रोमीटर से नैनोमीटर आयाम तक होती हैं और सूक्ष्मजीव, टीके, जीन, दवाएं, हार्मोन और पेप्टाइड्स ले जा सकती हैं। कृत्रिम कोशिकाओं का पहला नैदानिक ​​उपयोग सक्रिय लकड़ी के कोयला के encapsulation द्वारा hemoperfusion में था।

1 9 70 के दशक में, शोधकर्ता एंजाइम, प्रोटीन और हार्मोन को बायोडिग्रेडेबल माइक्रोक्रैप्स्यूल में पेश करने में सक्षम थे, बाद में लेस्च-नहान सिंड्रोम जैसी बीमारियों में नैदानिक ​​उपयोग की ओर अग्रसर थे। यद्यपि चांग का प्रारंभिक शोध कृत्रिम लाल रक्त कोशिकाओं पर केंद्रित था, केवल 1 99 0 के दशक के मध्य में जैव-अवक्रमणीय कृत्रिम लाल रक्त कोशिकाएं विकसित हुई थीं। जैविक कोशिका encapsulation में कृत्रिम कोशिकाओं का उपयोग पहली बार मधुमेह रोगी के इलाज के लिए क्लिनिक में 1 99 4 में किया गया था और तब से हेपेटोसाइट्स, वयस्क स्टेम कोशिकाओं और आनुवंशिक रूप से इंजीनियर कोशिकाओं जैसे अन्य प्रकार की कोशिकाओं को encapsulated किया गया है और ऊतक पुनर्जन्म में उपयोग के लिए अध्ययन के अधीन हैं ।

2 9 दिसंबर, 2011 को, हार्वर्ड विश्वविद्यालय के रसायनविदों ने कृत्रिम कोशिका झिल्ली के निर्माण की सूचना दी।

2014 तक, सेल-दीवारों और सिंथेटिक डीएनए के साथ स्वयं प्रतिलिपि बनाने, कृत्रिम जीवाणु कोशिकाओं का उत्पादन किया गया था। उस वर्ष जनवरी में शोधकर्ताओं ने एक कृत्रिम यूकेरियोटिक सेल का उत्पादन किया जो कामकाजी संगठनों के माध्यम से कई रासायनिक प्रतिक्रियाओं को करने में सक्षम था।

सितंबर 2018 में, कैलिफोर्निया विश्वविद्यालय के शोधकर्ताओं ने कृत्रिम कोशिकाओं का विकास किया जो बैक्टीरिया को मार सकते हैं। बैक्टीरिया को नष्ट करने के लिए कोशिकाओं को नीचे-ऊपर से लेगो ब्लॉक की तरह इंजीनियर किया गया था।

सामग्री
कृत्रिम कोशिकाओं के लिए झिल्ली सरल बहुलक, क्रॉसलिंक प्रोटीन, लिपिड झिल्ली या बहुलक-लिपिड परिसरों से बने होते हैं। इसके अलावा, झिल्ली को सतह प्रोटीन जैसे कि एल्बिनिन, एंटीजन, ना / के-एटीपीएएस वाहक, या आयन चैनल जैसे छिद्रों को पेश करने के लिए इंजीनियर किया जा सकता है। झिल्ली के उत्पादन के लिए आम तौर पर उपयोग की जाने वाली सामग्रियों में हाइड्रोगेल पॉलिमर जैसे अल्जीनेट, सेलूलोज़ और थर्मोप्लास्टिक पॉलिमर जैसे हाइड्रोक्साइथिल मेथेक्राइलेट-मिथाइल मेथेक्राइलेट (एचईएमए-एमएमए), पॉलीक्रायोनोनिट्रियल-पॉलीविनाइल क्लोराइड (पैन-पीवीसी), साथ ही साथ उपर्युक्त- उल्लेख किया। उपयोग की जाने वाली सामग्री कोशिका झिल्ली की पारगम्यता को निर्धारित करती है, जो बहुलक के लिए परमाणु भार काट (MWCO) पर निर्भर करता है। एमडब्ल्यूसीओ एक अणु का अधिकतम आणविक भार है जो मुक्त रूप से छिद्रों से गुजर सकता है और पोषक तत्वों, अपशिष्ट और अन्य महत्वपूर्ण अणुओं के पर्याप्त प्रसार को निर्धारित करने में महत्वपूर्ण है। हाइड्रोफिलिक पॉलिमर में जैव-संगत होने की क्षमता होती है और इसे विभिन्न रूपों में बनाया जा सकता है जिसमें बहुलक माइकल, सोल-जेल मिश्रण, भौतिक मिश्रण और क्रॉसलिंक कण और नैनोकणों शामिल हैं। विशेष रुचि में उत्तेजना-उत्तरदायी बहुलक हैं जो लक्षित वितरण में उपयोग के लिए पीएच या तापमान परिवर्तन का जवाब देते हैं। इन बहुलकों को पीएच या तापमान में अंतर की वजह से एक मैक्रोस्कोपिक इंजेक्शन के माध्यम से तरल रूप में और सीटू में ठोस या जेल के माध्यम से प्रशासित किया जा सकता है। नैनोपार्टिकल और लिपोसोम की तैयारी नियमित रूप से सामग्री encapsulation और वितरण के लिए भी उपयोग की जाती है। लिपोसोम का एक बड़ा लाभ सेल और organelle झिल्ली के लिए फ्यूज करने की उनकी क्षमता है।

तैयारी
कृत्रिम सेल तैयारी और encapsulation के लिए कई बदलाव विकसित किए गए हैं। आम तौर पर, नैनोकणों, बहुलक या लिपोसोम जैसे vesicles संश्लेषित होते हैं। एक पायस आमतौर पर उच्च दबाव वाले उपकरणों जैसे उच्च दबाव होमोजेनाइज़र या माइक्रोफ्लुइडाइज़र के उपयोग के माध्यम से किया जाता है। नाइट्रोसेल्यूलोस के लिए दो सूक्ष्म-encapsulation विधियों का भी नीचे वर्णन किया गया है।

उच्च दबाव homogenization
एक उच्च दबाव होमोजेनाइज़र में, तेल / तरल निलंबन में दो तरल पदार्थ बहुत कम दबाव के तहत एक छोटे छिद्र के माध्यम से मजबूर होते हैं। यह प्रक्रिया उत्पादों को विभाजित करती है और अत्यधिक कणों के निर्माण की अनुमति देती है, जो 1 एनएम जितनी छोटी होती है।

Microfluidization
यह तकनीक एक पेटेंटयुक्त माइक्रोफ्लुइडाइज़र का उपयोग करती है ताकि होमोजेनाइज़रों की तुलना में छोटे कण पैदा हो सकें। एक होमोजेनाइज़र का उपयोग पहले मोटे निलंबन के लिए किया जाता है जिसे तब उच्च दबाव के तहत माइक्रोफ्लुइडिज़र में पंप किया जाता है। तब प्रवाह को दो धाराओं में विभाजित किया जाता है जो वांछित कण आकार प्राप्त होने तक एक इंटरैक्शन कक्ष में बहुत अधिक वेगों पर प्रतिक्रिया देंगे। यह तकनीक फॉस्फोलाइपिड लिपोसोम के बड़े पैमाने पर उत्पादन और बाद की सामग्री नैनोएनकैप्सूल के लिए अनुमति देती है।

ड्रॉप विधि
इस विधि में, कोशिका समाधान सेलूलोज नाइट्रेट के कोलोडियन समाधान में ड्रॉपवाइड को शामिल किया जाता है। चूंकि ड्रॉप कोलोडायन के माध्यम से यात्रा करता है, यह कोलेडियन के इंटरफेसियल बहुलक गुणों के लिए झिल्ली के साथ लेपित होता है। सेल बाद में पैराफिन में बस जाता है जहां झिल्ली सेट होती है और आखिरकार एक नमकीन समाधान को निलंबित कर दिया जाता है। ड्रॉप पद्धति का उपयोग बड़े कृत्रिम कोशिकाओं के निर्माण के लिए किया जाता है जो जैविक कोशिकाओं, स्टेम कोशिकाओं और आनुवंशिक रूप से इंजीनियर स्टेम कोशिकाओं को समाहित करते हैं।

इमल्शन विधि
इमल्शन विधि अलग-अलग होती है कि सामग्री को एन्सेप्लेटेड किया जाता है, आमतौर पर छोटा होता है और प्रतिक्रिया कक्ष के नीचे रखा जाता है जहां कोलाइडियन शीर्ष पर केंद्रित होता है और सेंटीफिग किया जाता है, या अन्यथा इमल्शन बनाने के लिए परेशान होता है। Encapsulated सामग्री तब फैला हुआ है और नमकीन समाधान में निलंबित कर दिया गया है।

नैदानिक ​​प्रासंगिकता

ड्रग रिहाई और डिलीवरी
दवा वितरण के लिए प्रयुक्त कृत्रिम कोशिकाएं अन्य कृत्रिम कोशिकाओं से भिन्न होती हैं क्योंकि उनकी सामग्री झिल्ली से फैलाने का इरादा रखती है, या एक मेजबान लक्ष्य कोशिका द्वारा घिरा हुआ और पचाया जाता है। अक्सर इस्तेमाल किया जाता है submicron, लिपिड झिल्ली कृत्रिम कोशिकाओं जिन्हें नैनोकैप्सूल, नैनोकणों, बहुलक, या शब्द के अन्य रूपों के रूप में जाना जा सकता है।

एंजाइम थेरेपी
एंजाइम थेरेपी सक्रिय रूप से अनुवांशिक चयापचय रोगों के लिए अध्ययन किया जा रहा है जहां एंजाइम अधिक व्यक्त, कम व्यक्त, दोषपूर्ण, या बिल्कुल नहीं है। दोषपूर्ण एंजाइम की अभिव्यक्ति या अभिव्यक्ति के मामले में, शरीर में एंजाइम का सक्रिय रूप घाटे की भरपाई करने के लिए पेश किया जाता है। दूसरी तरफ, प्रतिस्पर्धी गैर-कार्यात्मक एंजाइम की शुरूआत से एंजाइमेटिक ओवर-एक्सप्रेशन का विरोध किया जा सकता है; वह है, एक एंजाइम जो सब्सट्रेट को गैर-सक्रिय उत्पादों में चयापचय करता है। जब एक कृत्रिम कोशिका के भीतर रखा जाता है, एंजाइम मुक्त एंजाइमों की तुलना में बहुत अधिक अवधि के लिए अपने कार्य को पूरा कर सकते हैं और पॉलिमर संयुग्मन द्वारा आगे अनुकूलित किया जा सकता है।

कृत्रिम सेल encapsulation के तहत अध्ययन किया गया पहला एंजाइम चूहों में लिम्फोसार्कोमा के इलाज के लिए asparaginase था। इस उपचार ने ट्यूमर की शुरुआत और विकास में देरी की। इन शुरुआती निष्कर्षों ने टायरोसिन निर्भर मेलेनोमास में एंजाइम डिलीवरी के लिए कृत्रिम कोशिकाओं के उपयोग में और अनुसंधान किया। इन ट्यूमरों के विकास के लिए सामान्य कोशिकाओं की तुलना में टायरोसिन पर उच्च निर्भरता होती है, और शोध से पता चला है कि चूहे में टायरोसिन के व्यवस्थित स्तर को कम करने से मेलेनोमा के विकास में बाधा आ सकती है। Tyrosinase के वितरण में कृत्रिम कोशिकाओं का उपयोग; और एंजाइम जो टायरोसिन को पचता है, बेहतर एंजाइम स्थिरता की अनुमति देता है और आहार में टायरोसिन अवमूल्यन से जुड़े गंभीर दुष्प्रभावों के बिना टायरोसिन को हटाने में प्रभावी दिखाया जाता है।

कृत्रिम सेल एंजाइम थेरेपी कुछ कैंसर में इफॉस्फामाइड जैसे प्रोड्रग्स के सक्रियण के लिए भी रूचि रखती है। कृत्रिम कोशिकाएं साइटोक्रोम पी 450 एंजाइम को घेरती हैं जो इस प्रोड्रग को सक्रिय दवा में परिवर्तित करती है, अग्नाशयी कार्सिनोमा में जमा होने या ट्यूमर साइट के करीब कृत्रिम कोशिकाओं को प्रत्यारोपित करने के लिए तैयार की जा सकती है। यहां, सक्रिय ifosfamide की स्थानीय एकाग्रता शरीर के बाकी हिस्सों की तुलना में काफी अधिक होगी जिससे इस प्रकार प्रणालीगत विषाक्तता को रोका जा सके। उपचार जानवरों में सफल रहा और चरण I / II नैदानिक ​​परीक्षणों में उन्नत चरण अग्नाशयी कैंसर वाले मरीजों के बीच औसत जीवित रहने में दोगुना दिखाया गया, और एक वर्ष की जीवित रहने की दर में तीन गुना वृद्धि हुई।

जीन थेरेपी
आनुवंशिक बीमारियों के उपचार में, जीन थेरेपी का उद्देश्य पीड़ित व्यक्ति की कोशिकाओं के भीतर जीन डालना, बदलना या हटाना है। यह तकनीक वायरल वैक्टरों पर भारी निर्भर करती है जो सम्मिलित उत्परिवर्तन और प्रणालीगत प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया के बारे में चिंताओं को उठाती है जिसने नैदानिक ​​परीक्षणों में मानव मृत्यु और ल्यूकेमिया के विकास को जन्म दिया है। अपने स्वयं के वितरण प्रणाली के रूप में नग्न या प्लाज्मिड डीएनए का उपयोग करके वैक्टरों की आवश्यकता को परिस्थिति में व्यवस्थित रूप से दी जाने वाली कम ट्रांसडक्शन दक्षता और खराब ऊतक लक्ष्यीकरण जैसी समस्याओं का सामना करना पड़ता है।

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कृत्रिम कोशिकाओं को एक गैर-वायरल वेक्टर के रूप में प्रस्तावित किया गया है जिसके द्वारा आनुवांशिक रूप से संशोधित गैर-ऑटोलॉगस कोशिकाएं encivulated और vivo में पुनः संयोजक प्रोटीन वितरित करने के लिए प्रत्यारोपित हैं। इस प्रकार का इम्यूनो-अलगाव चूहे में माउस वृद्धि हार्मोन युक्त कृत्रिम कोशिकाओं के वितरण के माध्यम से चूहों में कुशल साबित हुआ है जो उत्परिवर्ती चूहों में वृद्धि-मंदता को बचाता है। कुछ रणनीतियों ने अग्नाशयी कैंसर, पार्श्व स्क्लेरोसिस और दर्द नियंत्रण के इलाज के लिए मानव नैदानिक ​​परीक्षणों में उन्नत किया है।

hemoperfusion
कृत्रिम कोशिकाओं का पहला नैदानिक ​​उपयोग सक्रिय लकड़ी के कोयला के encapsulation द्वारा hemoperfusion में था। सक्रिय लकड़ी के कोयला में कई बड़े अणुओं को adsorbing की क्षमता है और लंबे समय से आकस्मिक जहरीले या overdose में रक्त से जहरीले पदार्थों को हटाने की क्षमता के लिए जाना जाता है। हालांकि, प्रत्यक्ष चारकोल प्रशासन के माध्यम से छिड़काव विषाक्त है क्योंकि यह रक्त कोशिकाओं के उत्सर्जन और क्षति के कारण प्लेटलेट्स को हटा देता है। कृत्रिम कोशिकाएं विषाक्त पदार्थों को कोशिका में फैलाने की अनुमति देती हैं जबकि खतरनाक कार्गो को उनके अल्ट्राथिन झिल्ली में रखते हुए।

कृत्रिम कोशिका हेमोपरफ्यूजन को हेमोडायलिसिस की तुलना में कम महंगा और अधिक कुशल डिटोक्सिफाइंग विकल्प के रूप में प्रस्तावित किया गया है, जिसमें रक्त फ़िल्टरिंग केवल भौतिक झिल्ली द्वारा आकार पृथक्करण के माध्यम से होती है। हेमोपरफ्यूजन में, हजारों adsorbent कृत्रिम कोशिकाओं को एक ही कंटेनर के अंदर दो स्क्रीन के उपयोग के माध्यम से बनाए रखा जाता है जिसके माध्यम से रोगी रक्त perfuses। चूंकि रक्त फैलता है, विषाक्त पदार्थ या दवाएं कोशिकाओं में फैलती हैं और अवशोषक सामग्री द्वारा बनाए रखी जाती हैं। कृत्रिम कोशिकाओं की झिल्ली डायलिसिस में उपयोग की जाने वाली बहुत पतली होती है और उनके छोटे आकार का मतलब है कि उनके पास उच्च झिल्ली सतह क्षेत्र है। इसका मतलब है कि सेल के एक हिस्से में सैद्धांतिक द्रव्यमान स्थानांतरण हो सकता है जो पूरे कृत्रिम किडनी मशीन की तुलना में सौ गुना अधिक होता है। उपकरण को आकस्मिक या आत्मघाती जहरीले इलाज के लिए मरीजों के लिए एक नियमित नैदानिक ​​विधि के रूप में स्थापित किया गया है, लेकिन इन अंगों के कार्य को पूरा करके जिगर की विफलता और गुर्दे की विफलता में चिकित्सा के रूप में भी पेश किया गया है। कृत्रिम कोशिका हेमोपरफ्यूजन को इम्यूनोडोर्सशन में उपयोग के लिए भी प्रस्तावित किया गया है जिसके माध्यम से कृत्रिम कोशिकाओं की सतह पर एल्ब्यूनोडोरबिंग सामग्री को जोड़कर शरीर से एंटीबॉडी निकाली जा सकती है। इस सिद्धांत का उपयोग अस्थि मज्जा प्रत्यारोपण के लिए प्लाज्मा से रक्त समूह एंटीबॉडी को हटाने और कम घनत्व वाले लिपोप्रोटीन को हटाने के लिए मोनोक्लोनल एंटीबॉडी के माध्यम से हाइपरकोलेस्टेरोलिया के उपचार के लिए किया गया है। हेमोपरफ्यूजन विशेष रूप से कमजोर हेमोडायलिसिस विनिर्माण उद्योग वाले देशों में उपयोगी होता है क्योंकि उपकरण वहां सस्ता होते हैं और गुर्दे की विफलता वाले मरीजों में उपयोग किए जाते हैं।

Encapsulated कोशिकाओं
कृत्रिम कोशिकाओं की तैयारी की सबसे आम विधि सेल encapsulation के माध्यम से है। Encapsulated कोशिकाओं को आमतौर पर एक तरल सेल निलंबन से नियंत्रित आकार की बूंदों की पीढ़ी के माध्यम से हासिल किया जाता है जिसे बाद में स्थिर स्थिरता प्रदान करने के लिए तेजी से ठोस या gelated हैं। तापमान में परिवर्तन या सामग्री क्रॉसलिंकिंग के माध्यम से स्थिरीकरण हासिल किया जा सकता है। सूक्ष्म पर्यावरण जो एक सेल encapsulation पर परिवर्तन देखता है। यह आम तौर पर एक बहुलक झिल्ली के भीतर एक बहुलक मचान में एक निलंबन के लिए एक monolayer पर होने से चला जाता है। तकनीक की कमी यह है कि एक सेल को समाहित करने से इसकी व्यवहार्यता और बढ़ने और अंतर करने की क्षमता कम हो जाती है। इसके अलावा, माइक्रोक्रैप्सूल के भीतर कुछ समय बाद, कोशिकाएं क्लस्टर बनाती हैं जो ऑक्सीजन और चयापचय अपशिष्ट के आदान-प्रदान को रोकती हैं, जिससे एपोप्टोसिस और नेक्रोसिस होता है जिससे कोशिकाओं की प्रभावकारिता सीमित हो जाती है और मेजबान की प्रतिरक्षा प्रणाली को सक्रिय किया जाता है। कृत्रिम कोशिकाएं डायबिटीज उपचार, पैराथीरॉयड कोशिकाओं और एड्रेनल कॉर्टेक्स कोशिकाओं के लिए लैंगरहंस के आइलेट्स सहित कई कोशिकाओं को प्रत्यारोपित करने में सफल रही हैं।

Encapsulated हेपेटोसाइट्स
अंग दाताओं की कमी जिगर की विफलता के लिए वैकल्पिक उपचार में कृत्रिम कोशिकाओं के प्रमुख खिलाड़ियों को बनाती है। हेपेटोसाइट प्रत्यारोपण के लिए कृत्रिम कोशिकाओं के उपयोग ने पशु यकृत रोग और बायोआर्टिफिशियल यकृत उपकरणों के मॉडल में यकृत समारोह प्रदान करने में व्यवहार्यता और प्रभावकारिता का प्रदर्शन किया है। शोध ने उन प्रयोगों से छेड़छाड़ की जिसमें हेपेटोसाइट्स माइक्रो-कैरियर की सतह से जुड़े हुए थे और हेपेटोसाइट्स में विकसित हुए हैं जो पॉलीलीसाइन की बाहरी त्वचा से ढके हुए अल्जीनेट माइक्रोक्रॉप्लेट्स में त्रि-आयामी मैट्रिक्स में encapsulated हैं। इस वितरण विधि के लिए एक महत्वपूर्ण लाभ उपचार की अवधि के लिए इम्यूनोस्प्रेशन थेरेपी की छिद्र है। बायोएटिफिकल यकृत में हेपेटोसाइट इंकापुलेशन का उपयोग करने के लिए प्रस्तावित किया गया है। डिवाइस में पृथक हेपेटोसाइट्स के साथ एक बेलनाकार कक्ष होता है जिसके माध्यम से रोगी प्लाज्मा को हेमोपरफ्यूजन के प्रकार में अतिरिक्त-शारीरिक रूप से प्रसारित किया जाता है। चूंकि माइक्रोकैप्सूल में वॉल्यूम अनुपात के लिए उच्च सतह क्षेत्र होता है, इसलिए वे सब्सट्रेट प्रसार के लिए बड़ी सतह प्रदान करते हैं और बड़ी संख्या में हेपेटोसाइट्स को समायोजित कर सकते हैं। प्रेरित जिगर विफलता चूहों के उपचार से अस्तित्व की दर में उल्लेखनीय वृद्धि हुई है। कृत्रिम यकृत प्रणाली अभी भी शुरुआती विकास में हैं लेकिन अंग प्रत्यारोपण के लिए इंतजार कर रहे मरीजों के लिए संभावित दिखाते हैं या जब रोगी का अपना यकृत सामान्य कार्य को फिर से शुरू करने के लिए पर्याप्त रूप से पुन: उत्पन्न करता है। अब तक, एंड-स्टेज यकृत रोगों में कृत्रिम यकृत प्रणाली और हेपेटोसाइट प्रत्यारोपण का उपयोग करके नैदानिक ​​परीक्षणों ने स्वास्थ्य मार्करों में सुधार दिखाया है, लेकिन अभी तक अस्तित्व में सुधार नहीं हुआ है। प्रत्यारोपण के बाद कृत्रिम हेपेटोसाइट्स की छोटी दीर्घायु और एकत्रीकरण मुख्य बाधाओं का सामना करना पड़ता है। स्टेम कोशिकाओं के साथ सह-encapsulated हेपेटोसाइट्स संस्कृति में अधिक व्यवहार्यता दिखाते हैं और प्रत्यारोपण और कृत्रिम स्टेम कोशिकाओं के प्रत्यारोपण के बाद अकेले जिगर पुनर्जन्म दिखाया गया है। चूंकि पुनरुत्पादक दवा में encapsulation के लिए स्टेम कोशिकाओं के उपयोग में ऐसी रुचि उत्पन्न हुई है।

Encapsulated जीवाणु कोशिकाओं
लाइव जीवाणु कोशिका उपनिवेशों के मौखिक इंजेक्शन का प्रस्ताव दिया गया है और वर्तमान में आंतों के माइक्रोफ्लोरा, दस्त की बीमारियों की रोकथाम, एच। पिलोरी संक्रमण, एटोपिक सूजन, लैक्टोज असहिष्णुता और प्रतिरक्षा मॉडुलन के उपचार के लिए चिकित्सा में है। कार्रवाई का प्रस्तावित तंत्र पूरी तरह से समझ में नहीं आता है लेकिन माना जाता है कि दो मुख्य प्रभाव हैं। पहला पौष्टिक प्रभाव है, जिसमें जीवाणु विषैले पदार्थ के बैक्टीरिया के साथ प्रतिस्पर्धा करता है। दूसरा सैनिटरी प्रभाव है, जो उपनिवेशीकरण के प्रतिरोध को उत्तेजित करता है और प्रतिरक्षा प्रतिक्रिया को उत्तेजित करता है। जीवाणु संस्कृतियों की मौखिक डिलीवरी अक्सर एक समस्या होती है क्योंकि उन्हें प्रतिरक्षा प्रणाली द्वारा लक्षित किया जाता है और मौखिक रूप से लिया जाने पर अक्सर नष्ट हो जाता है। कृत्रिम कोशिकाएं शरीर और नकली या दीर्घकालिक रिलीज में नकल प्रदान करके इन मुद्दों को हल करने में मदद करती हैं जिससे गैस्ट्रोइंटेस्टाइनल प्रणाली तक पहुंचने वाले बैक्टीरिया की व्यवहार्यता बढ़ जाती है। इसके अलावा, जीवित उद्देश्यों के लिए शरीर में पेप्टाइड्स समेत छोटे अणुओं के प्रसार की अनुमति देने के लिए जीवाणु कोशिका encapsulation इंजीनियर किया जा सकता है। झिल्ली के वितरण के लिए सफल साबित झिल्ली में सेल्यूलोज एसीटेट और एल्गिनेट के वेरिएंट शामिल हैं। जीवाणु कोशिकाओं के encapsulation से उत्पन्न अतिरिक्त उपयोग एम। क्षय रोग से चुनौती के खिलाफ सुरक्षा और प्रतिरक्षा प्रणाली से आईजी स्राव कोशिकाओं के उन्नयन शामिल हैं। प्रौद्योगिकी प्रणालीगत संक्रमण, प्रतिकूल चयापचय गतिविधियों और जीन हस्तांतरण के जोखिम के जोखिम से सीमित है। हालांकि, अधिक चुनौती ब्याज की साइट पर पर्याप्त व्यवहार्य बैक्टीरिया की डिलीवरी बनी हुई है।

कृत्रिम रक्त कोशिका

ऑक्सीजन वाहक
नैनो के आकार वाले ऑक्सीजन वाहक लाल रक्त कोशिका के प्रकार के रूप में उपयोग किए जाते हैं, हालांकि उनमें लाल रक्त कोशिकाओं के अन्य घटकों की कमी होती है। वे एक सिंथेटिक बहुलक या शुद्ध जानवर, मानव या पुनः संयोजक हीमोग्लोबिन के आस-पास एक कृत्रिम झिल्ली से बना होते हैं। कुल मिलाकर, हीमोग्लोबिन डिलीवरी एक चुनौती बनी हुई है क्योंकि बिना किसी संशोधन के वितरित होने पर यह अत्यधिक जहरीला होता है। कुछ नैदानिक ​​परीक्षणों में, पहली पीढ़ी हीमोग्लोबिन रक्त प्रतिस्थापन के लिए वैसोप्रेसर प्रभाव देखा गया है।

लाल रक्त कोशिकाओं
1 9 80 के दशक के एड्स डर के बाद रक्त के लिए कृत्रिम कोशिकाओं के उपयोग में अनुसंधान ब्याज उभरा। रोग संचरण की संभावना को छोड़कर, कृत्रिम लाल रक्त कोशिकाओं को वांछित किया जाता है क्योंकि वे रक्त टाइपिंग, प्रतिरक्षा प्रतिक्रियाओं और 42 दिनों के छोटे भंडारण जीवन जैसे एलोजेनिक रक्त संक्रमण से जुड़े दोषों को खत्म करते हैं। एक हीमोग्लोबिन विकल्प कमरे के तापमान पर संग्रहीत किया जा सकता है और एक वर्ष से अधिक समय तक प्रशीतन के तहत नहीं। एक पूर्ण काम करने वाले लाल रक्त कोशिका को विकसित करने के प्रयास किए गए हैं जिनमें कार्बनिक न केवल ऑक्सीजन वाहक बल्कि सेल से जुड़े एंजाइम भी शामिल हैं। पहला प्रयास 1 9 57 में लाल रक्त कोशिका झिल्ली को एक अल्ट्राथिन बहुलक झिल्ली द्वारा प्रतिस्थापित करके किया गया था, जिसके बाद लिपिड झिल्ली के माध्यम से encapsulation और हाल ही में एक जैव-अवक्रमणीय बहुलक झिल्ली के माध्यम से encapsulation किया गया था। लिपिड और संबंधित प्रोटीन समेत एक जैविक लाल रक्त कोशिका झिल्ली का उपयोग नैनोकणों को समाहित करने और मैक्रोफेज अपटेक और सिस्टमिक क्लीयरेंस को छोड़कर विवो में निवास समय बढ़ाने के लिए भी किया जा सकता है।

Leuko-polymersome
एक ल्यूको-पॉलिमर्सोम एक बहुलक होता है जो ल्यूकोसाइट के चिपकने वाले गुणों के लिए इंजीनियर होता है। पॉलिमर्सोम एक बिलायर शीट से बना vesicles हैं जो कई सक्रिय अणुओं जैसे दवाओं या एंजाइम encapsulate कर सकते हैं। ल्यूकोसाइट के चिपकने वाले गुणों को अपनी झिल्ली में जोड़कर, उन्हें धीमा करने के लिए बनाया जा सकता है, या तेजी से बहने वाली परिसंचरण प्रणाली के भीतर उपकला दीवारों के साथ रोल किया जा सकता है।

सिंथेटिक कोशिकाओं

न्यूनतम सेल
जर्मन रोगविज्ञानी रूडोल्फ विचो ने इस विचार को आगे बढ़ाया कि न केवल कोशिकाएं जीवन से उत्पन्न होती हैं, बल्कि हर कोशिका दूसरे सेल से आती है; “Omnis सेलुला ई सेलुला”। अब तक, कृत्रिम सेल बनाने के अधिकांश प्रयासों ने केवल एक पैकेज बनाया है जो सेल के कुछ कार्यों की नकल कर सकता है। सेल-फ्री ट्रांसक्रिप्शन और अनुवाद प्रतिक्रियाओं में अग्रिम कई जीन की अभिव्यक्ति की अनुमति देता है, लेकिन ये प्रयास पूरी तरह से परिचालित सेल बनाने से बहुत दूर हैं।

भविष्य एक प्रोटोकेल, या एक सेल के निर्माण में है जिसमें जीवन के लिए सभी न्यूनतम आवश्यकताएं हैं। जे क्रेग वेंटर इंस्टीट्यूट के सदस्यों ने जीवित जीवों में जीनों को कम से कम जीन तक जीने के लिए एक शीर्ष-डाउन कम्प्यूटेशनल दृष्टिकोण का उपयोग किया है। 2010 में, टीम सिंथेटिक रूप से निर्मित डीएनए का उपयोग करके माइकोप्लाज्मा माइकोइड (माइकोप्लाज्मा लेबोरेटोरियम) का एक प्रतिकृति तनाव बनाने में सफल रही, जिसे जीनोमिक रिक्त जीवाणु में डाला गया जीवन के लिए न्यूनतम आवश्यकता माना जाता है। यह आशा की जाती है कि टॉप-डाउन बायोसिंथेसिस की प्रक्रिया नए जीनों के सम्मिलन को सक्षम करेगी जो कि ईंधन के लिए हाइड्रोजन की पीढ़ी या वायुमंडल में अतिरिक्त कार्बन डाइऑक्साइड को कैप्चर करने जैसे लाभदायक कार्यों का प्रदर्शन करेगी। असंख्य नियामक, चयापचय, और संकेत नेटवर्क पूरी तरह से विशेषता नहीं है। इन शीर्ष-नीचे दृष्टिकोणों में मौलिक आण्विक विनियमन की समझ के लिए सीमाएं होती हैं, क्योंकि मेजबान जीवों में जटिल और अपूर्ण रूप से परिभाषित आणविक संरचना होती है।
कृत्रिम कोशिका के निर्माण के लिए एक निचले स्तर के दृष्टिकोण में पूरी तरह से गैर-जीवित सामग्री से प्रोटोकेल डी नवो बनाने में शामिल होगा। सिंथेटिक जेनेटिक सूचना का उपयोग करके आत्म-पुनरुत्पादन करने में सक्षम डीएनए के साथ एक फॉस्फोलाइपिड बिलायर वेसिकल बनाने का प्रस्ताव है। इस कृत्रिम कोशिकाओं के तीन प्राथमिक तत्व एक लिपिड झिल्ली, डीएनए और आरएनए प्रतिकृति का गठन एक टेम्पलेट प्रक्रिया के माध्यम से और झिल्ली में सक्रिय परिवहन के लिए रासायनिक ऊर्जा की कटाई कर रहे हैं। मुख्य बाधाएं और प्रस्तावित प्रोटोकेल के साथ सामना करना एक न्यूनतम सिंथेटिक डीएनए का निर्माण है जिसमें जीवन के लिए सभी पर्याप्त जानकारी है, और गैर-जेनेटिक घटकों का पुनरुत्पादन जो आणविक स्व-संगठन जैसे सेल विकास में अभिन्न हैं। हालांकि, यह उम्मीद की जाती है कि इस तरह के निचले स्तर के दृष्टिकोण सेलुलर स्तर पर संगठनों के मौलिक प्रश्नों और जैविक जीवन की उत्पत्ति में अंतर्दृष्टि प्रदान करेंगे। अब तक, जीवन के अणुओं का उपयोग करके स्वयं प्रजनन करने में सक्षम कोई भी कृत्रिम सेल संश्लेषित नहीं किया गया है, और यह उद्देश्य अभी भी एक दूर के भविष्य में है हालांकि विभिन्न समूह वर्तमान में इस लक्ष्य की ओर काम कर रहे हैं।

एक प्रोटोकेल बनाने का प्रस्ताव एक अन्य विधि प्रायोगिक सूप के रूप में जाना जाने वाले विकास के दौरान मौजूद होने वाली स्थितियों के समान निकटता से मिलती है। विभिन्न आरएनए बहुलक vesicles में encapsulated किया जा सकता है और ऐसी छोटी सीमा स्थितियों में, रासायनिक प्रतिक्रियाओं के लिए परीक्षण किया जाएगा।

जीवविज्ञान में भारी निवेश एक्सक्सनमोबिल जैसी बड़ी कंपनियों द्वारा किया गया है, जिन्होंने सिंथेटिक जीनोमिक्स इंक के साथ साझेदारी की है; शैवाल से ईंधन के विकास में क्रेग वेंटर की अपनी जैव संश्लेषक कंपनी।

इलेक्ट्रॉनिक कृत्रिम सेल
2004-2015 से जॉन मैककस्किल द्वारा समन्वित 3 ईयू परियोजनाओं की श्रृंखला में इलेक्ट्रॉनिक आर्टिफिशियल सेल की अवधारणा का विस्तार किया गया है।

यूरोपीय आयोग ने 2004-2008 से “प्रोग्राममेबल आर्टिफिशियल सेल इवोल्यूशन” (पीएसीई) कार्यक्रम के विकास को प्रायोजित किया जिसका लक्ष्य “माइक्रोस्कोपिक सेल्फ-ऑर्गनाइजेशन, स्व-प्रतिकृति, और सरल से निर्मित विकसित स्वायत्त संस्थाओं के निर्माण के लिए नींव रखना था। कार्बनिक और अकार्बनिक पदार्थ जिन्हें आनुवंशिक रूप से विशिष्ट कार्यों को करने के लिए प्रोग्राम किया जा सकता है “सूचना प्रणाली में अंतिम एकीकरण के लिए। पीएसीई प्रोजेक्ट ने पहली ओमेगा मशीन विकसित की, कृत्रिम कोशिकाओं के लिए एक माइक्रोफ्लुइडिक लाइफ सपोर्ट सिस्टम जो रासायनिक रूप से लापता कार्यशीलताओं (मूल रूप से नोर्मन पैकार्ड, स्टीन रasmुसेन, मार्क बीडाऊ और जॉन मैककस्किल द्वारा प्रस्तावित) के पूरक हो सकता है। अंतिम उद्देश्य एक जटिल माइक्रोस्कोकल प्रोग्राम करने योग्य वातावरण में एक विकसित हाइब्रिड सेल प्राप्त करना था। ओमेगा मशीन के कार्यों को फिर कृत्रिम सेल रसायन शास्त्र में हल करने योग्य विकास चुनौतियों की एक श्रृंखला पेश करते हुए चरणबद्ध तरीके से हटाया जा सकता था। इस परियोजना ने कृत्रिम कोशिकाओं (एक आनुवांशिक उपप्रणाली, एक रोकथाम प्रणाली और चयापचय प्रणाली) के तीन मुख्य कार्यों के जोड़ों के स्तर तक रासायनिक एकीकरण हासिल किया, और प्रदूषण और आनुवंशिक प्रवर्धन के एकीकरण के लिए उत्पन्न उपन्यास को स्थानिक रूप से हल करने योग्य माइक्रोफ्लुइडिक वातावरण उत्पन्न किया। “प्रोग्राममेबल आर्टिफिशियल सेल इवोल्यूशन” (पीएसीई) इस परियोजना ने जीवित प्रौद्योगिकी के लिए यूरोपीय केंद्र के निर्माण का नेतृत्व किया] जो अब इसी तरह के शोध जारी रख रहा है।

इस शोध के बाद, 2007 में, जॉन मैककस्किल ने इलेक्ट्रॉनिक केमिकल सेल नामक इलेक्ट्रॉनिक रूप से पूरक कृत्रिम सेल पर ध्यान केंद्रित करने का प्रस्ताव रखा था। मुख्य विचार उभरती हुई रासायनिक सेलुलर कार्यक्षमता के पूरक के लिए, दो-आयामी पतली फिल्म में, स्थानीय रूप से समर्पित इलेक्ट्रॉनिक सर्किट्री के साथ इलेक्ट्रोड के बड़े पैमाने पर समांतर सरणी का उपयोग करना था। इलेक्ट्रोड स्विचिंग और सेंसिंग सर्किट को परिभाषित करने वाली स्थानीय इलेक्ट्रॉनिक जानकारी एक इलेक्ट्रॉनिक जीनोम के रूप में काम कर सकती है, जो उभरते प्रोटोकॉल में आणविक अनुक्रमिक जानकारी का पूरक है। यूरोपीय आयोग के साथ एक शोध प्रस्ताव सफल रहा और वैज्ञानिकों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने आंशिक रूप से पीएसीई कंसोर्टियम के साथ ओवरलैपिंग प्रोजेक्ट इलेक्ट्रॉनिक कैमिकल सेल पर 2008-2012 की शुरुआत की। परियोजना ने अन्य चीजों के बीच प्रदर्शित किया है कि विशिष्ट अनुक्रमों के इलेक्ट्रॉनिक परिवहन को नियंत्रित करने के लिए भविष्य कृत्रिम कोशिकाओं के अनुवांशिक प्रसार के लिए कृत्रिम स्थानिक नियंत्रण प्रणाली के रूप में उपयोग किया जा सकता है, और चयापचय की मूल प्रक्रियाओं को उचित रूप से लेपित इलेक्ट्रोड सरणी द्वारा वितरित किया जा सकता है।

माइक्रोस्कोकल इलेक्ट्रोकैमिस्ट्री और इलेक्ट्रोकिनेटिक्स के मास्टरिंग में प्रारंभिक कठिनाइयों के अलावा, इस दृष्टिकोण की प्रमुख सीमा यह है कि इलेक्ट्रॉनिक प्रणाली मैक्रोस्कोपिक हार्डवेयर के कठोर गैर-स्वायत्त टुकड़े के रूप में जुड़ा हुआ है। 2011 में, मैककस्किल ने इलेक्ट्रॉनिक्स और रसायन शास्त्र की ज्यामिति को बदलने का प्रस्ताव रखा: एक रासायनिक माध्यम में माइक्रोस्कोपिक स्वायत्त इलेक्ट्रॉनिक्स रखने के लिए, एक सक्रिय इलेक्ट्रॉनिक माध्यम में रसायनों को रखने के बजाय। उन्होंने 100 माइक्रोन स्केल पर इलेक्ट्रॉनिक आर्टिफिशियल सेल की तीसरी पीढ़ी से निपटने के लिए एक परियोजना का आयोजन किया जो एक आंतरिक रासायनिक अंतरिक्ष को घेरने के लिए दो आधे कोशिकाओं “लाइबल” से स्वयं इकट्ठा हो सकता है, और माध्यम द्वारा संचालित सक्रिय इलेक्ट्रॉनिक्स की सहायता से कार्य करता है वे विसर्जित हो जाते हैं। ऐसे कोशिकाएं अपने इलेक्ट्रॉनिक और रासायनिक दोनों सामग्रियों की प्रतिलिपि बना सकती हैं और अपने विशेष पूर्व-संश्लेषित माइक्रोस्कोपिक बिल्डिंग ब्लॉक द्वारा प्रदान की गई बाधाओं के भीतर विकास में सक्षम हो जाएंगी। सितंबर 2012 में इस परियोजना पर माइक्रोस्कोकल रासायनिक प्रतिक्रियाशील इलेक्ट्रॉनिक एजेंटों का काम शुरू हुआ।
नैतिकता और विवाद
प्रोटोकेल शोध ने “कृत्रिम जीवन” की अस्पष्ट परिभाषा के आलोचकों सहित विवाद और राय का विरोध किया है। जीवन की मूल इकाई का निर्माण सबसे अधिक दबाव वाली नैतिक चिंता है, हालांकि प्रोटोकल्स के बारे में सबसे व्यापक चिंता मानव स्वास्थ्य और पर्यावरण को अनियंत्रित प्रतिकृति के माध्यम से उनके संभावित खतरे है।

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