Изготовление искусственных органов: принцип «Лего»
Считается, что в будущем тканевая инженерия позволит создавать для трансплантации новые органы вместо пострадавших в результате различных заболеваний и травм. Однако, как правило, выращиваемые в лабораторных условиях клетки распластываются по культивационной поверхности, а создание из них трехмерных клеточных структур сопряжено со значительными трудностями.
Исследователи Массачусетского технологического института предложили принципиально новое решение этой проблемы. Они разработали метод «микрокладки», материалом для которой служат живые клетки, инкапсулированные в полимерные кубики, из которых, как в детском конструкторе, собираются трехмерные структуры. Предлагаемый метод подробно описан статье «Micro-Masonry: Construction of 3D Structures by Microscale Self-Assembly», опубликованной 3 мая в предварительной on-line версии журнала Advanced Materials.
Получение индивидуальных клеток для последующего использования в тканевой инженерии подразумевает предварительное расщепление ткани с помощью ферментов, разрушающих внеклеточный матрикс, обеспечивающий целостность ткани. Однако обратный процесс – создание из индивидуальных клеток структур, повторяющих микроархитектуру живых тканей – представляет собой исключительно сложную задачу.
Исследователи уже научились использовать биоразлагаемые каркасы для создания простых тканей и органов, таких как кожа, хрящ и мочевой пузырь. Однако, по словам одного из авторов работы Али Хадемхоссеини (Ali Khademhosseini), подобные методы часто не обеспечивают получения сложной микроархитектуры, характерной для живых тканей.
Авторы разработали метод инкапсуляции живых клеток в полиэтиленгликоле (ПЭГ) – полимере, имеющем широкое применение в медицинской практике. Используемый в данном случае жидкий вариант полиэтиленгликоля под действием света превращается в гель, а покрытые им клетки оказываются заключенными внутрь кубиков размером 100-500 микрон.
Для создания структур необходимой формы (например, вот такой полусферы) получившиеся кубики помещают на матрицу из полидиметилсилоксана – полимера на основе кремния, также широко используемого в медицинских целях. Получившуюся структуру снова покрывают полиэтиленгликолем, в этот раз выступающим в качестве клея, удерживающего плотно упакованные на поверхности матрицы кубики с клетками. После тщательного распределения кубиков по матрице всю структуру снова освещают, что приводит к застыванию поверхностного полимерного слоя. После этого матрицу удаляют и получают готовую структуру.
Авторы использовали описанный метод для создания трубочек, пригодных для использования в качестве капилляров. Такие капилляры могут решить одну из основных проблем, связанных с трансплантацией искусственных органов, – отсутствие кровоснабжения трансплантированного органа непосредственно после проведения операции. Они также надеются, что в будущем предлагаемый ими подход ляжет в основу создания искусственной печени и сердца.
Они также отмечают, что, в отличие от разработанной ранее «трехмерной печати» органов, предлагаемый метод «Лего» не требует никакого специального оборудования и настолько прост, что может быть воспроизведен практически в любой лаборатории.
В настоящее время авторы тестируют возможность использования различных полимеров, а также возможность создания и жизнеспособность различных типов тканей.
Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам MIT: Building organs block by block.
17.05.2010