Изследователите вече се научиха да отглеждат изкуствени мускули, кожа и дори миниатюрни органи. Въпреки това, без мрежа от кръвоносни съдове всяка тъкан, колкото и съвършена да е, просто ще загине — защото именно капилярите доставят кислород и хранителни вещества до всяка клетка. Биоинженери от САЩ са открили начин да отглеждат капиляри и да контролират растежа им чрез обикновено разтягане.
Вече е възможно да се създаде голяма артерия или вена с помощта на 3D-печат. Но най-тънките съдове — капилярите — съвременните биопринтери не могат да отпечатат. Има и друг подход — отглеждане на съдове от клетки в петриеви чашки, като се добавят хранителни вещества и растежни фактори. Проблемът тук е, че е много трудно да се контролира растежът на капилярите: те прорастват хаотично, като плевели.
Екип от изследователи от Масачузетския технологичен институт се научи да управлява този процес с помощта на механично разтягане. Те създадоха миниатюрна „кръвоносна артерия върху чипа“ — по-малка от пощенска марка. Вътре в гела, наситен с хранителни вещества, се намира тръбичка, облицована с ендотелиални клетки, от които се изграждат съдовете. В гела се намира миниатюрен магнит. Поставяйки устройството под моторизирана платформа, оборудвана с малки висящи магнити, изследователите са започнали да преместват магнитите в различни посоки и на различно разстояние, наблюдавайки дали от централната артерия ще израснат кръвоносни съдове и как точно се случва това.
„Основният извод е следният: разтягането на кръвоносния съд с движения напред-назад, по всяка вероятност, допринася за увеличаване броя на новообразуващите се капиляри“,
Как работи иновативната нанотехнология
Ако артерията се остави на мира, новите капиляри се образуват хаотично. Но когато учените започнат ритмично да разтягат съда с 5% от ширината на гела, броят на новите капиляри рязко се увеличава. При разтягане с 15% се появяват по-малко капиляри, но те стават по-дълги. А когато посоката на разтягането се промени, новите капиляри „се завъртат“ вследствие на механичния сигнал. Тоест, структурата на съдовата мрежа може да се контролира просто чрез промяна на посоката и силата на разтягането, пише MIT News.
За да разберат този механизъм, изследователите се обърнаха към работата на нобеловия лауреат Ардем Патапутян, който откри протеините PIEZO1 и PIEZO2 — йонни канали в клетъчните мембрани, които се отварят в отговор на механично налягане.
Оказа се, че именно каналът PIEZO1 играе ролята на „пазач“: когато артерията се разтяга, калциевите йони навлизат в клетките през този канал, задействайки каскада от сигнали за растежа на нови съдове. Когато изследователите потиснаха гена PIEZO1, разтягането престана да предизвиква растеж на капилярите — механичният сигнал просто не достигаше до клетките.
Сега, когато принципът е разбран, учените могат да отглеждат изкуствени тъкани с готова, функционална мрежа за кръвоснабдяване. Това е от решаващо значение за създаването на импланти. Вместо да разчитат на хаотичното проникване на съдове от околните тъкани, може да се създаде орган, който вече разполага с вградена система за доставка на кислород. Следващата стъпка на екипа е да приложи този метод за отглеждане на мускулна тъкан с организирана съдова мрежа.