Вчені навчилися керувати ростом кровоносних судин за допомогою магнітів
Дослідники Массачусетського технологічного інституту (MIT) розробили метод вирощування кровоносних судин у лабораторних умовах із використанням магнітів. Технологія дає змогу точніше контролювати напрямок і структуру їхнього росту.
Науковці сподіваються, що новий підхід допоможе у створенні штучних тканин і повноцінних органів, які в майбутньому можна буде використовувати для трансплантації.
Результати дослідження опублікували в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Однією з головних проблем у вирощуванні штучних органів є формування мережі кровоносних судин. Саме вони забезпечують тканини киснем і поживними речовинами. Особливо складно відтворити капіляри – найдрібніші судини організму, діаметр яких може становити лише 0,005 міліметра, що приблизно у 34 рази тонше за людську волосину. Через такі капіляри клітини крові проходять по одній.
Дослідники запропонували новий метод, який базується на використанні магнітних сил. Вони дозволяють м’яко розтягувати та спрямовувати клітини кровоносних судин, формуючи мережу потрібної форми.
“Здорові тканини залежать від добре організованих мереж кровоносних судин, однак сучасні методи не дають змоги створювати такі мережі всередині штучно вирощених тканин”, – пояснила інженерка-механік MIT Ріту Раман.
“Можливість програмувати ріст кровоносних судин за допомогою фізичних сигналів може забезпечити відтворюване та масштабоване виробництво штучних тканин, які можна буде імплантувати в організм для відновлення функцій після важких хвороб або травм”, – додала вона.
Для експерименту науковці використали невеликий чип із вирощеними в лабораторії ендотеліальними клітинами – саме вони вистилають внутрішню поверхню кровоносних судин. Клітини помістили в колагеновий гель, а всередині чипа розташували мініатюрний магніт.
За допомогою кількох зовнішніх магнітів дослідники керували його положенням у трьох вимірах. Змінюючи силу магнітного впливу, вони могли визначати, як саме ростимуть нові кровоносні судини.
Метод став розвитком технології, яку ця ж команда раніше використовувала для створення штучних м’язів і нервової тканини.
Під час експериментів дослідники також з’ясували, що зміна сили магнітного впливу дозволяє контролювати не лише напрямок росту судин, а й їхню кількість і довжину. Хоча технологія поки перебуває на стадії прототипу, перші результати автори називають обнадійливими.
“Головний висновок полягає в тому, що ритмічне розтягування кровоносної судини вперед і назад, схоже, збільшує кількість нових капілярів, які утворюються”, – сказала Раман.
За її словами, механічні сили відіграють важливу роль у роботі людського організму, тому новий підхід відкриває можливість керувати формуванням судин.
“Це означає, що тепер ми знаємо, як створювати більше або менше судин, робити їх коротшими чи довшими або спрямовувати їхній ріст у потрібному напрямку”, – зазначила дослідниця.
Процес утворення нових кровоносних судин називається ангіогенезом. Нині судини можна вирощувати з окремих клітин у чашках Петрі або друкувати на 3D-принтерах. Однак ці методи не забезпечують достатньо точного контролю над тим, де саме і як формуватиметься судинна мережа.
“Можна намагатися задавати напрямок росту судин за допомогою хімічних сигналів, наприклад факторів росту, але зробити це дуже точно неможливо. Тому нам потрібні інші сигнали, якими можна керувати, щоб створювати тканини з правильно організованими кровоносними судинами”, – зазначила Раман.
Окремо дослідники вивчили, який біологічний механізм відповідає за цей процес. Для цього вони повторили експеримент на клітинах, у яких був вимкнений ген PIEZO1. Він керує роботою іонних каналів, що реагують на механічний тиск і контролюють обмін речовин між клітиною та навколишнім середовищем.
Виявилося, що без роботи цього гена утворювалося значно менше нових кровоносних судин. Це свідчить про те, що активація відповідних іонних каналів є необхідною умовою для росту капілярів.
Наступним етапом дослідження стане перевірка того, наскільки ефективно кров циркулюватиме через створені за допомогою чипа артерії, вени та капіляри. Після цього команда планує вирощувати навколо них повноцінні тканини та органи, починаючи з м’язової тканини.
Джерело: Science Alert.
Раніше археологи з'ясували, що царі Урарту використовували бронзові чаші для пропаганди.
Нагадаємо, на Кіпрі знайшли золоті прикраси, виготовлені до Катастрофи бронзової доби.
Біля Галича археологи знайшли унікальні середньовічні артефакти.
