На пути к созданию искусственных легких с помощью ящерицы рода анолисов
Функция легкого тесно связана с его структурной анатомией, которая сильно варьируется от позвоночного к позвоночному. Новое исследование, проведенное Принстонским университетом, показывает, как коричневый анолис, один из видов ящериц, решает одну из самых сложных проблем природы — дыхание - с чрезвычайной простотой. В то время как легкие человека в течение месяцев и лет развиваются в древовидных структурах, легкие анолиса развиваются в крупные доли всего за несколько дней. А поскольку они быстро формируются с помощью простых механических процессов, легкие этой ящерицы можно использовать для создания искусственных легких.
"У разных организмов разные структуры органов [...], и мы можем многому научиться", — сказала в своем заявлении Селеста Нельсон, профессор биоинженерии и ведущий научный сотрудник исследования. "Если мы осознаем, что существует много биоразнообразия, которое мы не видим, и попытаемся использовать это в своих интересах, то у нас, как у инженеров, будет больше инструментов для решения некоторых больших проблем, стоящих перед обществом", — добавил он. Это необходимо для того, чтобы иметь возможность, например, регенерировать или конструировать легочную ткань.
Интересно отметить, что в ламаркистской эволюционной концепции функция органа диктует его форму. Поэтому физиология многих систем органов демонстрирует на эволюционном древе сохранение лежащей в их основе анатомии. Однако легкие радикально отличаются у разных классов позвоночных. Легкие млекопитающих и птиц состоят из отдельных тканевых отсеков, которые физически разделяют проведение воздуха (через бронхи или воздушные мешки, соответственно) и газообмен (через альвеолы, или парабронхи у птиц).
Напротив, легкие многих рептилий представляют собой простые мешочки, в которых проводимость и газообмен происходят в одной и той же анатомической камере. Считалось, что однонаправленный воздушный поток требует сложной анатомии парабронхиального легкого до недавнего открытия моделей однонаправленного потока в простых мешкообразных легких зеленой ящерицы-игуаны. Исследователи предполагают, что такой характер воздушного потока отчасти зависит от уникальной сотовой структуры стенки легких ящерицы.
Авторы
![](/wp-content/uploads/2021/12/52858-7-scaled.jpg)
Затем Майкл Палмер начал наблюдать за яйцами, чтобы составить карту развития легких организма. Вместе с Андреем Кошмрлем, доцентом кафедры машиностроения, и аспиранткой Анвитой Судхакар Палмер использовал свои наблюдения для создания компьютерной модели легкого и понимания его физики. "Нам было интересно, сможем ли мы узнать что-то об основах развития легких, изучая такое простое легкое", — сказал он. Хотя уже было известно, что гладкая мускулатура играет роль скульптора в других системах, новое наблюдение оказалось полезным и легко реализуемым.
Действительно, процесс достаточно прост, чтобы Палмер мог использовать свою компьютерную модель для создания рабочей копии в лаборатории. Исследователи отлили мембрану из силиконового материала под названием Ecoflex™, широко используемого в киноиндустрии для грима и спецэффектов. Затем они окружили этот силикон напечатанными на 3D-принтере мышечными клетками, чтобы создать в раздутом силиконе такую же рябь, которую Палмер обнаружил в живом органе. Хотя полученная система не достигла полной сложности живой системы, она приблизилась к ней вплотную.