Кровеносные сосуды из кондитерских материалов

В будущем, если у человека откажут сердце или почки, ему не придется мучительно ждать донора. Вместо этого врач просто использует клетки тела самого пациента, чтобы «вырастить» ему новый орган. Но пока разработка подобной тканевой технологии упирается в различные проблемы. Одна из главных — производство сети тонких кровеносных сосудов, которые поддерживали бы жизнь заново растущей природной ткани.

Решение, возможно, даст новая методика, использующая материал из кондитерской промышленности.

Технологии культивирования клеток (cell culture) серьезно продвинулись в последние несколько десятилетий. Теперь, например, можно вырастить кожу в лабораторных условиях и пересадить ее пациенту. Но кожа при пересадке может снабжаться кровью из уже существующих сосудов. А выращивание дублирующих сердца или почки требует инженерной разработки сети каналов для подключения к ткани в качестве сосудов. Без них внутренние клетки внутри могут быстро отмереть из-за недостатка кислорода и питательных веществ.

Эту проблему пытались решить несколько групп исследователей. Одно из возможных решений — имплантация шаблонов кровеносных сосудов, а затем наращивание ткани вокруг них. Шаблоны должны быть затем выведены, чтобы орган мог нормально функционировать. Однако трудно убрать шаблонов, не убивая живые ткани. Если шаблон, например, из резины, для избавления от него исследователи вынуждены использовать токсичный растворитель.

В новой методике предлагается решить эту проблему с помощью материала, используемого в пищевой промышленности. На днях в Nature Materials появилось сообщение о том, что ученые из Пенсильванского университета и его коллеги разработали водорастворимое углеводное стекло (water-soluble carbohydrate glass) на основе украшений, которые используются для тортов и конфет. Материал может быть представлен в различных формах, совершенно нетоксичен. Когда он сделает свое дело, он естественным путем раствориться в клетке.

Для проверки исследователи с помощью своей технологии вырастили кусок ткани из клеток печени крысы. «Клетки в центре ткани продолжали жить и функционировать после вывода шаблонов, показывая, что сосуды успешно доставляют кровь к клеткам», — говорит член команды биоинженер Кристофер Чен.

Это исследование является «важным шагом в разработке полностью функциональных тканей с кровеносными сосудами», — говорит инженер-химик Авраам Струк из Корнельского университета, который также работает над внедрением кровеносных сосудов в ткань с использованием различных методов.

Но и Струк, и Чэнь подчеркивают, что еще многое предстоит сделать, прежде чем ученые смогут подумать о выращивании органов для имплантации. Реальные органы — не просто куски ткани, переплетенные с кровеносными сосудами, но внутренне структурированные машины, состоящие из различных видов ткани, которые все работают вместе. «Воспроизвести всю эту сложную структуру — огромная проблема», — говорит Чэнь.

Однако Струк указывает на то, что более краткосрочные цели теперь достижимы. Вскоре можно будет взять здоровые клетки печени у пациента, чья печень отказала, и использовать их для производства ткани, которая будет храниться в лаборатории. «Хотя такая ткань еще не подойдет для имплантации, она могла бы, — говорит Струк, — служить своего рода персонализированным, живым диализным аппаратом для пациента».

На илл. — снимок, сделанный с помощью микроскопа: воссозданные кровеносные сосуды (красный) поставляют клеткам (зеленый) жизненно важные питательные вещества.

sciencemag