Исследователи приблизились к созданию полноценных искусственных органов благодаря новой технологии
Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали новый способ управлять ростом искусственных кровеносных сосудов с помощью механического растяжения. Технология может приблизить создание полноценных искусственных органов и тканей, способных нормально функционировать после пересадки.
Одной из главных проблем тканевой инженерии остаётся создание разветвлённой сети кровеносных сосудов. Без неё искусственные мышцы, печень, почки и другие выращенные ткани не могут получать кислород и питательные вещества, необходимые для жизни.
Для решения этой задачи исследователи создали модель «кровеносный сосуд на чипе». В центре специального геля они сформировали искусственную артерию из человеческих эндотелиальных клеток, а внутрь самого геля поместили небольшой магнит.
Используя внешний магнит, учёные осторожно растягивали и смещали гель вместе с искусственным сосудом. Эксперименты показали, что такие механические воздействия заставляют артерию образовывать новые мелкие кровеносные сосуды — капилляры.
Кроме того, исследователи смогли управлять этим процессом. Изменяя направление растяжения, они заставляли новые сосуды расти в нужную сторону, а изменение силы воздействия влияло на их количество и длину.
Если сосуд оставался неподвижным, новые капилляры появлялись случайным образом. Однако при регулярном механическом воздействии их образовывалось значительно больше.
Учёные также выяснили, что небольшое растяжение примерно на 5% ширины геля стимулировало образование большого количества новых сосудов. Более сильное растяжение — около 15% — приводило к появлению меньшего числа капилляров, однако они вырастали более длинными.
Чтобы понять, почему клетки реагируют на механическое воздействие, исследователи изучили работу гена PIEZO1, который отвечает за работу механочувствительных ионных каналов клеточной мембраны. Эти структуры позволяют клеткам воспринимать механическое давление и преобразовывать его в биологический сигнал.
Когда активность гена PIEZO1 была искусственно снижена с помощью генетического редактирования, даже при растяжении сосудов количество новых капилляров резко уменьшилось. Это подтвердило, что именно этот механизм играет ключевую роль в росте сосудистой сети.
По словам авторов работы, открытие позволит не только выращивать искусственные сосуды, но и заранее задавать их форму и направление роста. Это особенно важно при создании сложных тканей и органов, которые в будущем смогут использоваться для лечения последствий тяжёлых заболеваний и травм.
Следующим этапом исследования станет создание организованных сосудистых сетей для выращивания искусственной мышечной ткани и других органов.
Исследование в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.