Используя необычную технологию, группа ученых из Университета Вандербильта смогла создать трехмерную искусственную капиллярную систему, которая позволяет клеткам оставаться живыми и функциональными более 7 дней. Результаты исследования были опубликованы в журнале Advanced Healthcare Materials.
Руководитель исследования, эксперт по инженерной механике, Леон Беллан давно обратил внимание на принцип работы аппарата для изготовления сахарной ваты. На нем ученый создавал сети из тончайших нитей, которые по своему размеру, плотности и комплексности были сопоставимы с капиллярными системами человека.
Для создания каркаса, который сможет удерживать клетки трехмерных искусственных органов, американские ученые используют гидрогель. Это вещество похоже на естественный внеклеточный матрикс, который окружает все клетки в организме.
Ученые ищут оптимальный метод, который позволит создавать ткани, которые будут похожи по плотности на ткани внутренних органов и не будут при этом нарушать жизнедеятельность клеток. Для этого необходимо создать сеть каналов, которая позволит жидкости циркулировать в системе, имитируя деятельность настоящей капиллярной системы.
С помощью механизма, как у аппарата для сладкой ваты, Беллан и его коллеги создают тончайшие каналы от 3 до 55 микрон со средним диаметром 35 микрон. Другим исследователям пока не удавалось создать каналы тоньше 100 микрон.
Конечно, сам процесс совсем не похож на невинное изготовление сладкой ваты. Сперва ученые прядут сети, состоящие из нитей на основе N-изопропилакриламида (PNIPAM). Для этого используется аппарат, схожий с аппаратом для изготовления сладкой ваты. Затем ученые смешивают воду и желатин и добавляют туда клетки человека. Добавление специального энзима — трансглутаминазы — превращает желатин в гель. Полученной смесью покрывается структура из PNIPAM и погружается в инкубатор для загустения. Затем гель на основе клеток и волокон извлекается из инкубатора и остывает при комнатной температуре. После этого волокна растворяются, оставляя после себя лишь тончайшую сеть из крошечных каналов.
В дальнейшем Беллан и его коллеги будут совершенствовать технологию и экспериментировать с различными тканями и типами клеток.
«Мы хотим создать базовый „набор инструментов“, с помощью которого другие ученые смогут использовать этот простой и экономичный метод создания искусственной сосудистой системы. А она нужна для разработки искусственной печени, почек, костей и других органов», — отмечает Беллан.