Американским ученым удалось создать способную к сокращению сердечную мышцу из человеческих клеток, используя в качестве каркаса и сосудистой сети растительную ткань. Процесс создания описан в журнале Biomaterials.
Искусственные ткани из живых клеток необходимы как для экспериментов, так и для пересадки пациентам с целью компенсации дефектов органов. Одним из основных препятствий на пути к их получению служит невозможность создания полноценной сосудистой (особенно капиллярной) сети существующими методами, от микрофабрикации до 3D-печати.
При этом ветвление сосудов и микрососудов растений имеет большое сходство с сосудистой системой животных, а целлюлоза, из которой состоит растительный внеклеточный матрикс (каркас тканей и сосудов, у животных представленный соединительной тканью из коллагена и эластина), совместима с животными клетками и применяется в тканевой инженерии.
Сосудистая сеть животного (сердце крысы) и растения (лист буддлеи Давида)
Учитывая это, сотрудники Вустерского технологического института, Университетов Висконсина и Арканзаса, решили взять за основу создаваемой искусственной сердечной ткани целлюлозный каркас листа шпината. Для его получения с листа отмыли кутикулу раствором изомеров гексана, после чего в течение пяти дней по канюлям пропускали через его сосуды мыльный раствор. Когда лист утратил клетки и стал прозрачным, его поочередно промыли сурфактантом, отбеливателем и водой.
Стадии децеллюляризации листа шпината
После этого у полученного каркаса проверили микроскопическую структуру, химический состав и механические свойства (прочность на растяжение и разрыв). Затем проницаемость его сосудистого русла оценили, заполняя его красителем и флуоресцирующими микросферами различного диаметра.
Схожей обработке и проверке подвергли растительные ткани с другими конфигурациями сосудов (стебель петрушки, лист полыни и модифицированный корень арахиса), чтобы показать принципиальную возможность их использования для создания искусственных тканей с заданной формой сосудистой сети.
Общая схема эксперимента
Убедившись в пригодности децеллюляризованного (лишенного клеток) листа шпината, ученые обработали его фибронектином, обеспечивающим адгезию клеток, и заселили сосуды клетками человеческого эндотелия (внутренней выстилки кровеносных сосудов), а поверхность — мезенхимальными стволовыми клетками (предшественницами соединительной ткани) и сердечными мышечными клетками (кардиомиоцитами), полученными из эмбриональных стволовых клеток.
В течение трех дней кардиомиоциты закрепились на поверхности и сфомировали кластеры, спустя еще два дня они начали спонтанно сокращаться. После этого амплитуда сокращений возрастала, достигнув плато на 10-й день и оставаясь постоянной в течение еще семи дней, после чего несколько уменьшилась. При этом клетки сохранили способность обеспечивать мембранный ток кальция (ключевой процесс для мышечной сократимости).
|
|
«Используя благоприятный химический состав растительных каркасов, мы можем избавиться от высокой стоимости и других многочисленных ограничений, связанных с применением сложных синтетических композитных материалов. Комбинируя экологически безвредные растительные ткани с технологией проточной децеллюляризации, мы показали, что они могут стать устойчивым источником каркасов с сосудистой сетью для тканевой инженерии», — пишут авторы работы.
|
|
По их словам, описываемый эксперимент был лишь подтверждением концепции, и в настоящее время ведется совершенствование технологии и ее испытание на различных типах клеток и тканей. Ученые выразили надежду, что со временем их разработка найдет применение в практических областях тканевой инженерии и регенеративной медицины.
|
|
В поиске способов создания приемлемой сосудистой сети для искусственных органов научные коллективы испытывают различные, порой весьма необычные методы. Так, сотрудники Университета Вандербильта предложили использовать с этой целью машину для изготовления сахарной ваты.
28.03.2017 Источник: nplus1.ru
