Ученые из MIT вырастили искусственные кровеносные сосуды с помощью магнитов
Инженеры Массачусетского технологического института разработали способ управлять количеством, длиной и направлением роста искусственных кровеносных сосудов. На созданном ими чипе внешние магниты мягко растягивали сосудистую ткань и тем самым задавали траекторию новых капилляроподобных ответвлений. Результаты исследования были опубликованы в журнале PNAS.
Одной из главных нерешенных задач тканевой инженерии оставалось создание разветвленной сети сосудов внутри искусственных тканей. Капилляры должны были доставлять клеткам кислород и питательные вещества, а также выводить продукты обмена — без такого кровоснабжения выращенные в лаборатории ткани не смогли бы полноценно работать. Диаметр некоторых капилляров составлял всего около 0,005 мм, поэтому они были во много раз тоньше человеческого волоса и почти не поддавались точному воспроизведению существующими методами.
Для эксперимента исследователи создали «сосуд на чипе» размером меньше почтовой марки. Внутри коллагенового геля они сформировали полый канал и покрыли его эндотелиальными клетками, которые выстилают внутреннюю поверхность кровеносных сосудов. В гель также встроили небольшой магнит. Внешние магниты перемещали его из стороны в сторону, растягивая гель и центральный сосуд, после чего от него начинали отходить новые капилляроподобные ответвления.
Меняя амплитуду, частоту и направление растяжения, ученые смогли управлять количеством, длиной и траекторией новых сосудов. При растяжении геля на 5% появлялось больше ответвлений, а при 15% их было меньше, зато они вырастали более длинными. Когда исследователи меняли направление воздействия, растущие сосуды также поворачивали и продолжали развиваться по новой траектории. Такой подход позволил задавать структуру сосудистой сети точнее, чем обычно удавалось с помощью химических факторов роста.
Чтобы разобраться в механизме роста сосудов, ученые изучили ген PIEZO1, который кодировал чувствительный к механическому воздействию ионный канал в мембране клеток. Исследователи подавили активность этого гена и повторили эксперимент. Даже при растяжении центрального сосуда новых ответвлений появилось значительно меньше. Результат показал, что канал PIEZO1 играл важную роль в преобразовании механического воздействия в клеточный сигнал, запускавший формирование сосудов.
Исследование находилось на ранней стадии — пока технологию испытали только на микрофлюидной модели «сосуда на чипе», а не внутри полноценной искусственной ткани. Теперь ученым предстояло проверить, смогут ли сформированные сети обеспечивать стабильный кровоток и снабжать более сложные ткани кислородом и питательными веществами. Одним из первых направлений станет выращивание сосудов для искусственной мышечной ткани и оценка их влияния на работу мышц.
Если метод удастся перенести с небольшого чипа на более сложные и крупные ткани, он поможет преодолеть одно из главных препятствий на пути к выращиванию искусственных органов. Управляемая сосудистая сеть сможет снабжать клетки кислородом и питательными веществами, а сами ткани со временем можно будет использовать для изучения заболеваний, тестирования лекарств и, в более отдаленной перспективе, трансплантации.
Подпишитесь на «Инк» в Telegram. Там мы пишем нескучным языком о самом важном для предпринимателей. Подписаться.
