Прорыв в биомедицине: создание кровеносных сосудов для тканей, выращенных в лаборатории
Исследователи из Университета Райса и Медицинского колледжа Бейлора (BCM) преодолели одно из главных препятствий на пути выращивания трансплантируемых тканей в лаборатории: они нашли способ выращивать кровеносные сосуды и капилляры, необходимые для поддержания жизни тканей.
Исследование опубликовано онлайн и появится в январском номере журнала Acta Biomaterialia.
«Невозможность вырастить сосудистые сети — или васкулятуру — в тканях, выращенных в лаборатории, является главной проблемой регенеративной медицины сегодня», — заявила ведущий соавтор Дженнифер Уэст, заведующая кафедрой и профессор биоинженерии имени Изабель Кэмерон в Райсе. «Если нет кровоснабжения, нельзя создать тканевую структуру толщиной более пары сотен микрон».
В качестве базового материала команда исследователей под руководством Уэст и молекулярного физиолога BCM Мэри Дикинсон выбрала полиэтиленгликоль (PEG) — нетоксичный пластик, широко используемый в медицинских устройствах и пищевой промышленности. Основываясь на 10-летних исследованиях в лаборатории Уэст, ученые модифицировали PEG, чтобы он имитировал внеклеточный матрикс организма — сеть белков и полисахаридов, составляющих значительную часть большинства тканей.
Уэст, Дикинсон, аспирант Райса Дженнифер Сайк, студентка бакалавриата Райса Эмили Уоткинс и аспирант Райс-BCM Дэниел Гулд объединили модифицированный PEG с двумя типами клеток, необходимыми для формирования кровеносных сосудов. Используя свет, который «сшивает» нити полимера PEG в твердый гель, они создали мягкие гидрогели, содержащие живые клетки и факторы роста. После этого они наблюдали за гидрогелями в течение 72 часов. Пометив каждый тип клеток флуоресцентным маркером разного цвета, команда смогла наблюдать, как клетки постепенно формируют капилляры по всему мягкому пластиковому гелю.
Чтобы протестировать эти новые сосудистые сети, команда имплантировала гидрогели в роговицы мышей, где естественная васкулятура отсутствует. После введения красителя в кровоток мышей исследователи подтвердили нормальный кровоток во вновь выращенных капиллярах.
Еще одно ключевое достижение, опубликованное Уэст и аспирантом Джозефом Хоффманном в ноябре, связано с созданием новой методики под названием «двухфотонная литография» — сверхчувствительного способа использования света для создания сложных трехмерных структур внутри мягких PEG-гидрогелей. Уэст заявила, что эта методика паттернирования позволяет инженерам осуществлять точный контроль над тем, куда перемещаются и растут клетки. В последующих экспериментах, также в сотрудничестве с лабораторией Дикинсон в BCM, команда Уэст планирует использовать эту технику для выращивания кровеносных сосудов по заранее заданным схемам.