Благодаря новой технологии стало возможным создание двухслойных трубок из живых клеток различного типа, что повторяет структуру ключевых слоев кровеносного сосуда. Клетки в этих трубках также расположены в определенном направлении, что необходимо для их функционирования в организме.
Замена поврежденного сосуда на искусственный, изготовленный из биосовместимых полимеров, не всегда представляется возможной. Особенно это актуально для сосудов, обеспечивающих кровоснабжение сердца. В связи с этим ученые разрабатывают методики, позволяющие создать настоящий, многослойный сосуд из клеток самого пациента. Значительный прогресс в этой области достигли исследователи из Мельбурнского университета, которым удалось получить полую трубку, состоящую из нескольких слоев живых клеток, организованных аналогично естественному сосуду. О результатах работы рассказано в статье, опубликованной в журнале ACS Applied Materials and Interfaces.
Значительное число пациентов нуждаются в замене пораженных кровеносных сосудов. В настоящее время для этой цели можно использовать синтетические трубки. Однако для средних и мелких сосудов (в том числе для коронарных, снабжающих кровью сердце) этот подход не работает: искусственные полимеры быстро «обрастают» тромбами, блокирующими просвет. В таком случае можно позаимствовать не столь важный сосуд из другой части тела и трансплантировать его. Но найти подходящий удается не у всякого пациента.
Технология создания живых сосудов из клеток самого пациента представляется перспективным подходом. Однако пока не представляется возможным полностью реализовать эту задачу. Кровеносный сосуд — это сложная структура, состоящая из нескольких слоев, функционирование которой зависит от правильного расположения каждой клетки.
Внутренний слой формируется эндотелиальными клетками, из которых протянулись волокна вдоль сосуда. Они способствуют беспрепятственному движению крови и снижают риск образования тромбов. Далее располагается промежуточный слой, состоящий из гладкой мускулатуры, клетки которой ориентированы перпендикулярно оси и формируют кольца. Эти клетки контролируют диаметр сосуда, тем самым регулируя кровоток. Завершает структуру внешний слой соединительной ткани, обеспечивающий целостность и эластичность.
Современные технологии открывают возможности для культивирования клеток, формирующих определенную ткань. Однако главной трудностью при создании искусственных сосудов остается обеспечение корректного расположения клеток в каждом слое. Решение этой задачи было найдено профессором Андреа О’Коннор (Andrea O’Connor) и ее коллегам из Мельбурнского университета.
Для создания трехмерной структуры, служащей основой для культивирования клеток, исследователи использовали электроспиннинг — формирование ультратонких полимерных волокон из жидкой струи при воздействии электрического поля. Полученные волокна наматывались на катушку, изготовленную из биоразлагаемого поликапролактона. Существующая методика не обеспечивает возможности регулирования расположения волокон на катушке, в результате чего они наматываются, меняя свое направление непредсказуемо. Клетки эндотелия, сформированные на подобной поверхности, также располагаются беспорядочно.
Для проведения эксперимента О’Коннор и его коллеги помещали катушку в трубку, заполненную водой, и подвергали ее замораживанию. Кристаллы льда, формирующиеся в подобных условиях, преимущественно ориентированы вдоль оси трубки, что позволяет «выровнять» нити полимера и придать им единое направление. Эндотелиальные клетки, культивируемые на такой же подложке, также приобретают это направление, совпадающее с осью будущего сосуда.
Сначала их покрывали слоем гидрогеля – полимера, содержащего воду. Благодаря использованию геля с определенной, достаточно высокой мягкостью, исследователям удалось добиться формирования мышечных клеток, выращенных на нем, в виде колец, расположенных перпендикулярно оси «сосуда». В заключение, слой полимерных нитей и гидрогель постепенно разрушаются.
Авторы научной работы отметили, что на текущем этапе развития новая технология не дает возможности создавать полностью сформированные сосуды, пригодные для трансплантации. Тем не менее, она помогает преодолеть ряд ключевых трудностей, возникающих на пути к достижению этой цели. Исследователи планируют продолжить исследования и надеются, что через несколько лет удастся перейти к клиническим испытаниям, а затем и к внедрению разработанного метода в практику.