วิศวกรรมเซลล์เป็นกระบวนการที่มีจุดประสงค์ในการเพิ่ม ลบ หรือดัดแปลงลำดับพันธุกรรมในเซลล์ ที่มีชีวิต เพื่อให้บรรลุ เป้าหมาย ทางวิศวกรรมชีวภาพเช่น การเปลี่ยนแปลงการผลิตเซลล์ การเปลี่ยนแปลงความต้องการการเจริญเติบโตและการแพร่กระจายของเซลล์ การเพิ่มหรือลบฟังก์ชันของเซลล์และอื่นๆ อีกมากมาย วิศวกรรมเซลล์มักใช้ เทคโนโลยี ดีเอ็นเอลูกผสมเพื่อให้เกิดการดัดแปลงเหล่านี้ เช่นเดียวกับวิธีการวิศวกรรมเนื้อเยื่อที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด^{[ 1 ]}วิศวกรรมเซลล์สามารถอธิบายได้ว่าเป็นระดับกลางในสาขาวิชาวิศวกรรมชีวภาพที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งรวมถึงวิศวกรรมอวัยวะวิศวกรรมเนื้อเยื่อวิศวกรรมโปรตีนและวิศวกรรมพันธุกรรม^{[ 2 ]}

สาขาวิศวกรรมเซลล์กำลังได้รับความสนใจมากขึ้นเนื่องจากการวิจัยทางชีวการแพทย์ก้าวหน้าในด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อและมีความเฉพาะเจาะจงมากขึ้น จำนวนสิ่งพิมพ์ในสาขานี้เพิ่มขึ้นจากหลายพันฉบับในช่วงต้นทศวรรษ 2000 เป็นเกือบ 40,000 ฉบับในปี 2020 ^{[ 3 ]}

รูปแบบทั่วไปอย่างหนึ่งของวิศวกรรมเซลล์เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงการผลิตเซลล์ตามธรรมชาติเพื่อให้ได้ผลผลิตที่ต้องการมากขึ้นหรือใช้เวลาในการผลิตสั้นลง^{[ 4 ]}วิธีที่เป็นไปได้ในการเปลี่ยนแปลงการผลิตเซลล์ตามธรรมชาติ ได้แก่ การกระตุ้นหรือยับยั้งยีนที่เกี่ยวข้องกับการเผาผลาญของผลิตภัณฑ์ ตัวอย่างเช่น นักวิจัยสามารถเพิ่มการแสดงออกของยีนขนส่งใน เซลล์ รังไข่ ของหนูแฮมสเตอร์ เพื่อเพิ่มผลผลิตของแอนติบอดีโมโนโคลนอล^{[ 5 ]}แนวทางอื่นอาจเกี่ยวข้องกับการรวมยีนต่างประเทศทางชีวภาพเข้ากับสายเซลล์ที่มีอยู่ ตัวอย่างเช่นE.Coliซึ่งสังเคราะห์เอทานอล สามารถดัดแปลงได้โดยใช้ยีนจากZymomonas mobilisเพื่อให้การหมักเอทานอลเป็นผลิตภัณฑ์การหมักเซลล์หลัก^{[ 6 ]}

การดัดแปลงเซลล์ที่เป็นประโยชน์อีกประการหนึ่งคือการปรับสารตั้งต้นและความต้องการในการเจริญเติบโตของเซลล์ การเปลี่ยนแปลงความต้องการของเซลล์สามารถลดต้นทุนวัตถุดิบ ค่าใช้จ่ายด้านอุปกรณ์ และทักษะที่จำเป็นในการเพาะเลี้ยงและบำรุงรักษาเซลล์ได้อย่างมาก ตัวอย่างเช่น นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้เอนไซม์ จากภายนอก เพื่อดัดแปลง สายพันธุ์ ยีสต์ อุตสาหกรรมทั่วไป ซึ่งทำให้เซลล์สามารถเจริญเติบโตบนสารตั้งต้นที่มีราคาถูกกว่ากลูโคสแบบ ดั้งเดิม ^{[ 7 ]}เนื่องจากการวิศวกรรมชีวภาพมุ่งเน้นไปที่การปรับปรุงต้นทุนการขยายขนาด การวิจัยในด้านนี้จึงมุ่งเน้นไปที่ความสามารถของเอนไซม์ต่างๆ ในการเผาผลาญสารตั้งต้นที่มีต้นทุนต่ำเป็นส่วนใหญ่^{[ 8 ]}

วิศวกรรมเซลล์ซึ่งมีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับสาขาเทคโนโลยีชีวภาพ ใช้เทคนิคดีเอ็นเอลูกผสมเพื่อกระตุ้นให้เซลล์สร้างผลิตภัณฑ์ที่ต้องการ เช่น โปรตีน แอนติบอดี หรือเอนไซม์ตัวอย่างที่โดดเด่นที่สุดอย่างหนึ่งของสาขาย่อยของวิศวกรรมเซลล์นี้คือการเปลี่ยนแปลง E. Coliให้สามารถถอดรหัสและแปลสารตั้งต้นของอินซูลินซึ่งช่วยลดต้นทุนการผลิตลงอย่างมาก^{[ 9 ]} งาน วิจัยที่คล้ายกันนี้ได้ดำเนินการในเวลาต่อมาไม่นานในปี 1979 โดย มีการเปลี่ยนแปลง E. Coliให้สามารถผลิตฮอร์โมนการเจริญเติบโตของมนุษย์เพื่อใช้ในการรักษาภาวะแคระแกร็นจากความผิดปกติของต่อมใต้สมอง^[ 10 ] ^{สุดท้ายนี้มี}ความก้าวหน้าอย่างมากในการสร้างเซลล์เพื่อผลิตแอนติเจนเพื่อวัตถุประสงค์ในการสร้างวัคซีน [ ^{11 ]}

ภายใต้ขอบเขตของวิศวกรรมชีวภาพ วิธีการดัดแปลงเซลล์ต่างๆ ถูกนำมาใช้เพื่อเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติโดยธรรมชาติของเซลล์ เช่น ความหนาแน่นของการเจริญเติบโต อัตราการเจริญเติบโต ผลผลิตการเจริญเติบโต ความต้านทานต่ออุณหภูมิ ความทนทานต่อการแช่แข็ง ความไวต่อสารเคมี และความเปราะบางต่อเชื้อโรค^{[ 4 ]}ตัวอย่างเช่น ในปี 1988 กลุ่มนักวิจัยจากสถาบันเทคโนโลยีอิลลินอยส์ประสบความสำเร็จในการแสดงออกของยีน ฮีโมโกลบิน VitreoscillaในE. Coliเพื่อสร้างสายพันธุ์ที่ทนต่อสภาวะที่มีออกซิเจนต่ำได้มากขึ้น เช่น สภาวะที่พบในเครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพอุตสาหกรรมที่มีความหนาแน่นสูง^{[ 12 ]}

ส่วนหนึ่งของวิศวกรรมเซลล์ที่โดดเด่นคือการเปลี่ยนแปลงและการปรับแต่งเซลล์ต้นกำเนิด งานวิจัยล่าสุดเกี่ยวกับการบำบัดและการรักษาด้วยเซลล์ต้นกำเนิดส่วนใหญ่จัดอยู่ในวิธีการวิศวกรรมเซลล์ดังกล่าว เซลล์ต้นกำเนิดมีความพิเศษตรงที่สามารถเปลี่ยนแปลงไปเป็นเซลล์ประเภทอื่นๆ ได้หลากหลาย ซึ่งสามารถเปลี่ยนแปลงเพื่อผลิตยาบำบัดใหม่ๆ หรือเป็นพื้นฐานสำหรับความพยายามด้านวิศวกรรมเซลล์ต่อไป^{[ 13 ]}ตัวอย่างหนึ่งของวิศวกรรมเซลล์ต้นกำเนิดแบบกำหนดทิศทาง ได้แก่ การทำให้เซลล์ต้นกำเนิดเปลี่ยนแปลงไปเป็นไมโอไซต์ บางส่วน เพื่อให้สามารถผลิตปัจจัยกระตุ้นการสร้างกล้ามเนื้อสำหรับการรักษาภาวะกล้ามเนื้อลีบหรือกล้ามเนื้อฝ่อจากการไม่ใช้งาน^{[ 14 ]}

วลี "วิศวกรรมเซลล์" ถูกใช้ครั้งแรกในเอกสารที่ตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2511 เพื่ออธิบายกระบวนการปรับปรุงเซลล์เชื้อเพลิง^{[ 15 ]}จากนั้นคำนี้ก็ถูกนำมาใช้ในเอกสารอื่น ๆ จนกระทั่งมีการใช้คำที่เฉพาะเจาะจงมากขึ้นว่า "วิศวกรรมเซลล์เชื้อเพลิง"

การใช้คำนี้ในบริบททางชีววิทยาครั้งแรกเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2514 ในบทความที่อธิบายวิธีการปลูกถ่ายหมวกสืบพันธุ์ระหว่างเซลล์สาหร่าย^{[ 16 ]}แม้ว่าวลีนี้จะได้รับความนิยมมากขึ้น แต่ขอบเขตระหว่างวิศวกรรมเซลล์และวิศวกรรมชีวภาพรูปแบบอื่น ๆ ก็ยังคงไม่ชัดเจน^{[ 4 ]}

• วิศวกรรม เซลล์ Tเพื่อการรักษา: ^{[ 17 ]}การปรับเปลี่ยนเซลล์ T เพื่อกำหนดเป้าหมายแอนติเจนที่เกี่ยวข้องกับมะเร็งเพื่อการรักษา
• การผลิต แอนติบอดีโมโนโคลนอล : ^{[ 18 ]}การปรับปรุงการผลิตแอนติบอดีโมโนโคลนอลโดยใช้เซลล์ที่ได้รับการดัดแปลงทางพันธุกรรม
• โรงงานเซลล์ในร่างกาย : ^{[ 19 ]}วิศวกรรมเซลล์เพื่อผลิตยาภายในร่างกายของผู้ป่วย
• การแยกแยะ เซลล์ต้นกำเนิดแบบกำหนดทิศทาง: ^{[ 20 ]}การใช้ปัจจัยภายนอกเพื่อกำหนดทิศทางการแยกแยะเซลล์ต้นกำเนิด
• ยาแอนติบอดีคอนจูเกต : ^{[ 21 ]}การออกแบบแอนติบอดีและยาพิษต่อเซลล์เพื่อการรักษาโรค

• สถาบันวิศวกรรมเซลล์คณะแพทยศาสตร์ มหาวิทยาลัยจอห์นส์ ฮอปกินส์
• สาขา วิศวกรรมเซลล์และเนื้อเยื่อณ ภาควิชาวิศวกรรมชีวภาพ มหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์