Новая технология позволяет выращивать микрососуды в лаборатории

Группа учёных из Массачусетского технологического института создала инновационный способ инженерии кровеносных сосудов с беспрецедентной точностью, что открывает перспективы для производства человеческих органов и тканей, пригодных для трансплантации.

Особую сложность в области тканевой инженерии представляют микрососуды, в частности капилляры толщиной всего 0,005 миллиметра — они в 34 раза тоньше человеческого волоса и пропускают по одному кровяной клетке.

Сети кровеносных сосудов необходимы для успешного функционирования любого лабораторно выращенного органа, поскольку они обеспечивают доставку кислорода и питательных веществ к тканям.

В основе нового метода лежит применение магнитных сил, которые аккуратно растягивают и перемещают клетки сосудов в заданные места. Исследователи использовали микрочип с клетками эндотелия, выращенными в лаборатории и взвешенными в коллагеновом геле — основном белке, формирующем структуру тканей организма. Внутри чипа размещён небольшой магнит, управляемый несколькими внешними магнитами в трёхмерном пространстве, что позволило точно направлять рост новых сосудов.

Механический инженер Риту Раман из Массачусетского технологического института отметила: «Здоровые ткани зависят от организованных сетей сосудов, однако существующие протоколы не позволяют создавать такие сети в инженерных тканях». Она добавила, что «возможность программировать рост сосудов с помощью физических сигналов может обеспечить воспроизводимое производство тканей, которые можно будет имплантировать для восстановления функций после болезней или травм».

Учёные смогли регулировать длину и количество новых сосудов, меняя силу магнитного воздействия. По словам Раман, «главный вывод состоит в том, что циклическое растяжение сосудов стимулирует рост большего числа капилляров. Механические силы играют важную роль в организме, и теперь мы знаем, как контролировать количество, длину и направление сосудов».

Хотя современные методы трёхмерной печати и выращивания сосудов в чашках Петри существуют, они не обеспечивают необходимой точности.

Для изучения основных механизмов исследователи повторили эксперименты с генетически модифицированными клетками, лишёнными гена PIEZO1, отвечающего за регуляцию ионных каналов, чувствительных к механическому давлению. При отключении этого гена количество образующихся сосудов уменьшалось, что подтверждает критическую роль активации этих каналов в сосудистом росте.

Данная технология является усовершенствованной версией подхода, ранее применённого той же командой для создания искусственных мышц и нервов. Несмотря на то, что исследование находится на стадии прототипа, полученные результаты считаются многообещающими. Следующими этапами станут проверка эффективности кровотока через сформированные сосуды на чипе, а затем выращивание настоящих тканей вокруг сосудистой структуры, начиная с мышечной ткани.