Tkanivoví inžinieri našli spôsob ako pestovať funkčné umelé cievy v laboratóriu

 

Kľúčové zistenia:

• Vedci zistili, že cielený fyzický pohyb buniek priamo stimuluje tvorbu a usporiadanie nových kapilárnych prepojení.

• Miera a smer naťahovania materiálu presne určujú výsledný počet, priestorovú orientáciu a dĺžku laboratórne vypestovaných ciev.

• Celý proces bunkovej odozvy na mechanický tlak riadi iónový kanál, ktorý je pod kontrolou špecifického génu.

Tkanivoví inžinieri dlhodobo hľadajú spoľahlivé spôsoby, ako v laboratórnych podmienkach vytvoriť plne funkčné orgány na nahradenie poškodených tkanív. Zatiaľ čo pestovanie jednoduchej svaloviny alebo kože je dnes možné, najväčšiu prekážku doteraz predstavovalo vytvorenie presne štruktúrovanej cievnej siete.

Bez adekvátneho vaskulárneho systému na prísun živín nedokáže prežiť žiadne umelé tkanivo väčších rozmerov. Výskumníci z technologického inštitútu teraz prišli na metódu, ako usmerňovať rast kapilár pomocou cyklického napínania buniek. Zistili, že opakované naťahovanie bunkového materiálu priamo stimuluje tvorbu nového cievneho prepojenia spôsobom, ktorý možno vopred naprogramovať.

Zdroj foto: Massachusetts Institute of Technology

Odborníci za týmto účelom skonštruovali miniatúrne zariadenie vo veľkosti bežnej poštovej známky, ktoré funguje ako cieva na čipe. Základ tvorí centrálna tepna z ľudských endotelových buniek vložená do výživného gélu obohateného o drobné magnetické častice.

Prostredníctvom externého motorizovaného magnetu následne tento gél naťahovali a uvoľňovali v rôznych smeroch. Takýto pohyb verne napodobňuje prirodzené fyzikálne sily, ktorým sú bunky neustále vystavené v bežne fungujúcom živom organizme. Mechanická stimulácia spôsobila, že testovaná centrálna tepna začala vo zvýšenej miere vytvárať nové, menšie kapilárne výbežky.

Nastavenie presných parametrov pohybu umožnilo vedcom získať nevídanú kontrolu nad tvarom a hustotou celej cievnej siete. Keď testovací gél natiahli o päť percent jeho celkovej šírky, z hlavnej tepny vyrástlo veľké množstvo kratších kapilár. Pri natiahnutí o pätnásť percent sa vytvorilo menej výbežkov, no tieto cievy narástli do podstatne väčšej dĺžky.

Nové krvné riečište zároveň presne kopírovalo smer, ktorým výskumníci gél mechanicky namáhali, a vytváralo usporiadanú štruktúru. V kontrolnej vzorke bez fyzikálnej stimulácie rástli nové cievy iba v náhodných a neusporiadaných zhlukoch. Pre pochopenie tohto javu výskumný tím analyzoval genetický mechanizmus zodpovedný za odozvu buniek na vyvíjaný tlak.

Identifikovali gén PIEZO1, ktorý funguje ako bunečný strážca a reguluje transport látok cez membránu na základe vonkajšieho fyzického napätia. Aplikovaním techník génovej editácie vytvorili endotelové bunky s cielene potlačenou aktivitou tohto špecifického úseku genetického kódu. Pri opakovaní pokusu s takto upravenými bunkami zaznamenali výrazne nižší nárast nových ciev aj napriek intenzívnemu naťahovaniu.

Experiment tak potvrdil priamu súvislosť medzi aktivitou daného génu a mechanicky stimulovaným rastom kapilár. Schopnosť programovať biologický rast pomocou fyzikálnych podnetov sprístupňuje nové postupy v oblasti modernej regeneratívnej medicíny. Tento objav uľahčí reprodukovateľnú a škálovateľnú výrobu vaskularizovaných tkanív, ktoré budú lepšie pripravené na priamu implantáciu pacientom.

Odborníci plánujú vyvinutý protokol v blízkej dobe otestovať pri tvorbe organizovaných cievnych sietí pre umelé svaly. Súčasný výskum sa podrobne zameriava na to, ako presná priestorová orientácia krvných ciev ovplyvňuje výslednú funkčnosť okolitého svalového tkaniva. Získané poznatky môžu zohrať kľúčovú úlohu pri obnove motorických funkcií u ľudí so závažnými zraneniami končatín.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Nájdenie spôsobu, ako riadiť tvorbu krvných ciev, odstraňuje hlavnú prekážku pri výrobe plne funkčných umelých orgánov pre pacientov čakajúcich na transplantáciu.

Zdroj: phys.org foto: ChatGPT

Zobrazit Galériu