Исследование инженеров Массачусетского технологического института опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Ученые показали, что рост искусственных сосудов можно направлять химическими сигналами и механическим движением ткани.
Почему органам мало клеток
Тканевая инженерия уже позволяет выращивать фрагменты кожи, мышц и других тканей. Однако даже правильно собранные клетки не смогут долго жить без кровоснабжения. Им нужны кислород и питательные вещества, которые в организме доставляет густая сеть сосудов.
Крупный канал создать сравнительно просто. Главная трудность начинается на уровне капилляров, тончайших сосудов, пронизывающих ткань. Они должны ветвиться в нужных местах, соединяться между собой и не оставлять участки без питания. Химические факторы роста помогают запускать этот процесс, однако плохо задают точный маршрут.
Как движение задает маршрут сосудов
Команда создала «сосуд на чипе», миниатюрную модель человеческой артерии в питательном геле. Внутренний канал покрыли эндотелиальными клетками, клетками внутренней оболочки сосудов. В гель также поместили небольшой магнит.
Внешнее магнитное поле двигало гель и мягко растягивало модель. Такое механическое упражнение заставляло от основного сосуда активнее отходить новые капиллярные ветви. Меняя направление растяжения, исследователи могли поворачивать растущие отростки и выстраивать более сложные траектории. Характер роста тоже зависел от силы воздействия. Более мягкое растяжение запускало появление множества новых ветвей. Более сильное помогало отдельным сосудам вытягиваться дальше. Без движения капилляры возникали менее предсказуемо.
За ростом следит клеточный датчик
Исследователи связали эффект с PIEZO1 — ионным каналом, белком в мембране клетки, который реагирует на давление и растяжение. Когда клетку деформируют, канал открывается и запускает внутренние сигналы.
Чтобы проверить его роль, ученые снизили активность соответствующего гена в эндотелиальных клетках. После этого механическая стимуляция заметно слабее вызывала образование новых сосудистых ветвей. Значит, клетки воспринимают движение как биологическую команду к росту.
Что это меняет
Метод пока испытан на лабораторной модели, а не на готовом органе. Однако он дает инженерам новый инструмент: сосудистую сеть можно выращивать по заданной программе во времени и пространстве. В перспективе такой подход поможет снабжать кровью искусственные мышцы, трансплантаты и сложные фрагменты органов. Следующий шаг команды — проверить, улучшат ли направленно выращенные сосуды работу искусственной мышечной ткани.
Ранее Наука Mail рассказала о контактных линзах, которые печатают на 3D-принтере с учетом формы роговицы конкретного пациента.