Настраиваемые чипы имитируют структуры реальных кровеносных сосудов для исследований заболеваний

Кровеносные сосуды подобны магистралям мегаполиса: полны изгибов, разветвлений, слияний и заторов. Однако долгое время лабораторные модели воспроизводили сосуды как прямые, простые дороги.

Чтобы точнее отразить сложную архитектуру реальных человеческих кровеносных сосудов, исследователи из Департамента биомедицинской инженерии Техасского университета A&M разработали настраиваемый метод создания сосудистых чипов. Это позволяет проводить более точные исследования сосудистых заболеваний и создавать платформу для открытия лекарств.

Сосудистые чипы — это созданные с помощью микрофлюидики устройства, имитирующие человеческую сосудистую систему в микроскопическом масштабе. Эти чипы могут быть персонализированными для конкретного пациента и предоставляют безальтернативный метод для фармацевтических испытаний и изучения кровотока.

Магистрант по биомедицинской инженерии Дженнифер Ли, присоединившись к лаборатории доктора Абхишека Джайна, разработала усовершенствованный сосудистый чип, способный воспроизводить реальные вариации в структуре сосудов.

«Существуют разветвленные сосуды, аневризмы с внезапным расширением и стенозы, сужающие сосуд. Все эти различные типы сосудов значительно меняют характер кровотока, а внутренняя поверхность сосуда подвержена влиянию уровня напряжения сдвига, вызванного этими паттернами потока», — сказала Ли. — «Именно это мы и хотели смоделировать».

Исследование Ли было опубликовано в журнале Lab on a Chip всего через несколько лет после того, как ее наставник и бывший аспирант по биомедицинской инженерии доктор Танмай Матур разработал чип с прямым сосудом. Ли и Матур проводили свои исследования в Лаборатории биоинспирированных трансляционных микросистем под руководством Джайна, адъюнкт-профессора и стипендиата факультета имени Барбары и Ральфа Кокс '53 в департаменте биомедицинской инженерии. Исследование также будет представлено на обложке майского выпуска журнала за 2025 год.

«Теперь мы можем начать изучать сосудистые заболевания так, как никогда раньше не могли», — сказал Джайн. — «Вы можете не только создавать эти сложные структуры, но и помещать внутрь них реальные клеточные и тканевые материалы, делая их живыми. Именно в этих местах, как правило, развиваются сосудистые заболевания, поэтому их понимание критически важно».

Ли пришла в лабораторию Джайна студенткой бакалавриата с отличием, искавшей исследовательский опыт. Она отметила, что мало знала о платформе «органы-на-чипе», но заинтересовалась ее потенциалом для формирования будущего медицины. Перейдя в магистратуру, Ли увлеклась сосудистыми чипами и присоединилась к ускоренной программе магистра наук, чтобы продолжить свою новую страсть к исследованиям.

«Дженнифер продемонстрировала настойчивость, любознательность и творческий подход и очень быстро начала браться за исследовательские проекты. Наша ускоренная программа позволяет таким студентам, как Дженнифер, браться за исследования с высоким потенциалом воздействия и риска, и не просто выполнять научный проект, а доводить его до результата и публикации», — сказал Джайн.

Хотя эта версия сосудистого чипа повышает физиологическую релевантность, Джайн и Ли надеются расширить свои исследования, включив в них различные типы клеток. В текущем исследовании Ли используются только эндотелиальные клетки — клетки, выстилающие внутреннюю поверхность кровеносного сосуда. Однако они планируют включить и другие клетки, чтобы увидеть эффекты их взаимодействия друг с другом и с кровотоком.

«Мы продвигаемся вперед и создаем то, что мы называем четвертым измерением "органов-на-чипе", где мы фокусируемся не только на клетках и потоке, но и на взаимодействии клеток и потока в более сложных архитектурных состояниях. Это новое направление в этой области», — сказал Джайн.

Помимо исследовательского опыта, Ли приобрела множество гибких навыков и способность применять концепции, изученные в классе, в реальных условиях.

«Это такая благоприятная среда для взаимодействия не только с коллегами, но и с аспирантами и постдокторантами», — сказала она. — «Вы можете научиться командной работе и коммуникации, трудовой этике, просто пробовать разные вещи. Я думаю, это бесценный опыт, доступный студентам. У нас такие сильные исследовательские лаборатории факультета».