Аппарат для сахарной ваты помог ученым создать искусственные капилляры

Кусочек желатина, пронизанный сетью сосудов. Фото: Vanderbilt / Bellan Lab

В новом исследовании ученые описали нетрадиционный метод, с помощью которого они сконструировали «трафарет» для создания трехмерной системы искусственных капилляров. Для этого специалисты использовали принцип, по которому работает аппарат для сахарной ваты, создающий сложные структуры из тончайших нитей.

Одна из серьезных проблем на пути создания искусственных органов — формирование трехмерной структуры сети капилляров, тончайших сосудов, которые снабжают ткани всем необходимым. Ученые давно разработали эффективные методики создания плоских капиллярных сетей, однако добавление третьего измерения значительно усложняет задачу. Леон Беллан (Leon Bellan) и его коллеги из университета Вандербильта придумали методику нетрадиционного решения этой проблемы, предложив создавать «трафареты» для сосудистой системы с использованием аппарата для сахарной ваты. Детали их технологии описаны в статье в журнале Advanced Healthcare Materials.

Для формирования матрицы, на основе которой затем будут созданы капилляры, ученые «заряжали» аппарат для сахарной ваты веществом PNIPAM с особыми свойствами. Этот полимер (поли(N-изопропилакриламид)) при температуре выше 32 градусов по Цельсию не растворяется в гидрогеле, который используется для создания искусственных тканей. При более низкой температуре то же вещество растворяется достаточно легко.

Использование PNIPAM позволило ученым разработать двухступенчатый алгоритм создания сосудов. Сначала они конструировали трафарет из тонких нитей (диаметром от трех до 55 микрометров, что соответствует размеру сосудов), который поливали теплым раствором желатина. Желатин обволакивал полимерные нити, формируя нерастворимый гель. В полученную структуру затем добавляли клетки и охлаждали до температуры, при которой PNIPAM становился растворимым. После вымывания полимера в желатиновых сосудах возникали полости, имитирующие структуру капиллярных сетей, в которые ученые затем «закачивали» питательные вещества для клеток.

Результаты экспериментов показали жизнеспособность такой системы: через семь дней после создания ткани 90% клеток, имевших доступ к сосудам, остались живы. При этом до 40% изолированных, не получающих достаточного питания клеток, за это же время погибали. Таким образом, в будущем с помощью разработанной технологии можно будет создавать органы, требующие высокой насыщенности капиллярами: печень, почки, кости и прочие.

Альтернативным подходом к созданию искусственных органов является 3D-печать и инкубация органов в биореакторах. Подобные технологии уже успешно дошли до стадии внедрения в живой организм.
Теги:

Читать еще на Чердаке: