Учёные научились управлять ростом кровеносных сосудов с помощью магнитов
Исследователи Массачусетского технологического института (MIT) разработали метод выращивания кровеносных сосудов в лабораторных условиях с использованием магнитов. Эта технология позволяет более точно контролировать направление и структуру их роста.
Учёные надеются, что новый подход поможет в создании искусственных тканей и полноценных органов, которые в будущем можно будет использовать для трансплантации.
Результаты исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Одной из главных проблем при выращивании искусственных органов является формирование сети кровеносных сосудов. Именно они снабжают ткани кислородом и питательными веществами. Особенно сложно воссоздать капилляры — мельчайшие сосуды организма, диаметр которых может составлять всего 0,005 миллиметра, что примерно в 34 раза тоньше человеческого волоса. По таким капиллярам клетки крови проходят по одной.
Исследователи предложили новый метод, основанный на использовании магнитных сил. Они позволяют мягко растягивать и направлять клетки кровеносных сосудов, формируя сеть нужной формы.
«Здоровые ткани зависят от хорошо организованных сетей кровеносных сосудов, однако современные методы не позволяют создавать такие сети внутри искусственно выращенных тканей», — пояснила инженер-механик MIT Риту Раман.
«Возможность программировать рост кровеносных сосудов с помощью физических сигналов может обеспечить воспроизводимое и масштабируемое производство искусственных тканей, которые можно будет имплантировать в организм для восстановления функций после тяжелых заболеваний или травм», — добавила она.
Для эксперимента ученые использовали небольшой чип с выращенными в лаборатории эндотелиальными клетками — именно они выстилают внутреннюю поверхность кровеносных сосудов. Клетки поместили в коллагеновый гель, а внутри чипа расположили миниатюрный магнит.
С помощью нескольких внешних магнитов исследователи управляли его положением в трех измерениях. Изменяя силу магнитного воздействия, они могли определять, как именно будут расти новые кровеносные сосуды.
Этот метод стал развитием технологии, которую та же команда ранее использовала для создания искусственных мышц и нервной ткани.
В ходе экспериментов исследователи также выяснили, что изменение силы магнитного воздействия позволяет контролировать не только направление роста сосудов, но и их количество и длину. Хотя технология пока находится на стадии прототипа, первые результаты авторы называют обнадеживающими.
«Главный вывод заключается в том, что ритмическое растяжение кровеносного сосуда вперед и назад, по-видимому, увеличивает количество образующихся новых капилляров», — сказала Раман.
По её словам, механические силы играют важную роль в работе человеческого организма, поэтому новый подход открывает возможность управлять формированием сосудов.
«Это означает, что теперь мы знаем, как создавать больше или меньше сосудов, делать их короче или длиннее или направлять их рост в нужном направлении», — отметила исследовательница.
Процесс образования новых кровеносных сосудов называется ангиогенезом. В настоящее время сосуды можно выращивать из отдельных клеток в чашках Петри или печатать на 3D-принтерах. Однако эти методы не обеспечивают достаточно точного контроля над тем, где именно и как будет формироваться сосудистая сеть.
«Можно пытаться задавать направление роста сосудов с помощью химических сигналов, например факторов роста, но сделать это очень точно невозможно. Поэтому нам нужны другие сигналы, которыми можно управлять, чтобы создавать ткани с правильно организованными кровеносными сосудами», — отметила Раман.
Отдельно исследователи изучили, какой биологический механизм отвечает за этот процесс. Для этого они повторили эксперимент на клетках, у которых был отключен ген PIEZO1. Он управляет работой ионных каналов, реагирующих на механическое давление и контролирующих обмен веществ между клеткой и окружающей средой.
Оказалось, что без участия этого гена образовывалось значительно меньше новых кровеносных сосудов. Это свидетельствует о том, что активация соответствующих ионных каналов является необходимым условием для роста капилляров.
Следующим этапом исследования станет проверка того, насколько эффективно кровь будет циркулировать через созданные с помощью чипа артерии, вены и капилляры. После этого команда планирует выращивать вокруг них полноценные ткани и органы, начиная с мышечной ткани.
Источник: Science Alert.
Ранее археологи выяснили, что цари Урарту использовали бронзовые чаши для пропаганды.
Напомним, на Кипре нашли золотые украшения, изготовленные до катастрофы бронзового века.
Возле Галича археологи обнаружили уникальные средневековые артефакты.
