Бърз метод позволява производството на кръвоносни съдове от естествени тъкани

Учени от Университета в Мелбърн, Австралия, разработват нов метод за създаване на кръвоносни съдове от естествени тъкани. Както подчертават участниците в проучването, кръвоносните съдове са сложни и многопластови тъкани, а структурата им е свързана тясно с функционирането им. Факт е и това, че проектирането им в лаборатория е истинско предизвикателство.

Тъканното инженерство в отговор на нуждата от кръвоносни съдове

Кръвоносните съдове са онези пътища в тялото ни, които транспортират кръвта до всички кътчета като по този начин захранват тъканите и органите и едновременно с това премахват токсичните отпадъци. Дисфункцията и болестите им провокират състояния като инсулт, инфаркт и аневризма, които застрашават реално живота. Медиците уточняват, че нарушеният в тях са основната причина за сърдечносъдовите заболявания, обявени за убиец номер едно в света.

Поставянето на байпас е начин не просто да се решат проблемите, когато кръвоносните съдове са тежко увредени, но и реално да се спаси човешки живот. От друга страна миниатюрните кръвоносни съдове не могат да бъдат заменяни със синтетични, тъй като кръвта се съсирва на повърхността им и не позволява присаждането да бъде извършено. Много често проблем за поставянето на байпаса е, че болните със съпътстващи заболявания като диабет, например, нямат подходящи съдове, които да бъдат донори заради други операции.

>>>Мутация в гена PPIL4 увеличава риска от аневризми в съдовете на мозъка

Всичко това е не просто предизвикателство, но и силен подтик за учените да насочат вниманието си към създаването на „истински“ кръвоносни съдове за лечение на пациенти с множество заболявания.

Доц. Даниел Хийт, проф. Андреа О′Конър и Хазем Ал-Каземи са учените, които доказват за пореден път, че създадените с помощта на човешки клетки и тъкани кръвоносни съдове са в състояние да осигурят реални възможности за лечение.

Както поясняват учените методите, които в момента биват използвани за създаването на кръвоносни съдове, са бавни, с ниска производителност и за тях е нужно специализирано и скъпо оборудване.

Технологията на специалистите по тъканно инженерство от Мелбърнския университет се отличава с бързината си и с това, че е евтина. Тя е резултат от комбинирането на множество технологии за производство и материали.

Постижението след първите тестове е, че съдовете, създадени от екипа, възпроизвеждат сложната геометрия на естествените.

„Все още не са готови за байпас, но вярваме, че сме на прав път“, пишат изследователите.

Процесът на създаване

Първата задача на учените е да създадат формата. Иначе казано, един вид рамка, върху която да растат слоевете на кръвоносните съдове. Правят това чрез електрозавъртане на слой от полимерни влакна върху вал, осигуряващ тръбната форма на присадката на кръвоносен съд.

Както разясняват изследователите електроспинингът (нов метод за електропредене) е техника, която използва електрическо напрежение, за да изтегли полимерния поток в тънки влакна, които имитират протеиновата структура на естествената тъкан.

„Прилича на предена на вълна върху бобина, но в наномащаб“, описват го авторите.

Следващата стъпка е разработването на техника за замразяване, чрез която влакната да бъдат подравнени. Електроизпредената тръба се поставя в твърда форма, пълна наполовина с вода, която бива замразена. По този начин ледените кристали започват да растат по оста, избутват влакната и ги подравняват.

След това екипът пристъпва към отглеждане на ендотелни клетки върху тръбата и така създава ендотела (вътрешния слой на кръвоносния съд). „Клетките се подравняват спонтанно с влакната като генерират непрекъснат и подреден ендотелен клетъчен слой, същият като при естествените кръвоносни съдове“, казва доц. Даниел Хийт.

Именно този слой осигурява нужните свойства, позволяващи присадката да бъде зашита към естествените съдове и предотвратява разкъсването й. Около електропредените влакна изливат слой хидрогел, който не позволява на присадката да изтече от една страна, а от друга е скеле а гладомускулните клетки.

Екипът използва различни по твърдост гелове и установява, че по-меките позволяват на васкуларните кладомускулни клетки да се подредят бързо в 3D структура, която имитира напълно намиращото се в естествените кръвоносни съдове.

Резултатите

Основното постижение е, че кръвоносни съдове могат да бъдат създавани от жива тъкан, която има подходящи свойства и имитира клетъчната ориентация на ендотелните и васкуларните гладкомускулни клетки в естествените съдове. При това процесът е не само бърз, но и евтин.

Електропреденият полимерен слой е програмиран така, че да се разгражда с течение на времето като създава напълно биологичен кръвоносен съд.

Сега предстои проверка дали слоят се разгражда с подходящата скорост, защото в противен случай присадката може да загуби целостта си и да се скъса.

„Надяваме се в бъдеще тези кръвоносни съдове да бъдат използвани за лечението на сърдечносъдови заболявания особено при най-уязвимите болни, които няман подходящи донорски съдове“, казва проф. Андрея О′Конър и уточнява, че предстоят още изследвания и задълбочена работа преди да се премине към клинични изпитвания.

Резултатите са публикувани в списанието ACS Applied Materials.

За екипа

И тримата автори са част от екипа на Катедрата по биомедицинско инженерство в Университета в Мелбърн.

Проф. Андреа О′Конър е професор в катедрата и ръководи групата по тъканно инженерство. Автор на повече от 90 статии, съавтор на главата „Тъканно инженерство“ в справочника „Пластична хирургия“. Проф. О′Конър ръководи инженерния екип на първото в света клинично изпитване на Neopec за реконструкция на гърди с помощта на тъканно инженерство.

Доц. Даниел Хийт е старши преподавател, научните му интереси и изследвания са насочени към разработването на следващото поколение биоматериали.

Хазем Ал-Каземи е докторант в катедрата и скоро предстои защита на дисертацията му.