Чисто биологическая запчасть
Впервые удалось полностью создать кровеносный сосуд из клеток человека. Для формы не требовались синтетические каркасы. Такие замещающие кровеносные сосуды могут быть использованы для пациентов, нуждающихся в шунтировании. «Кровеносный сосуд выполняет те же функции, выглядит и ощущается как настоящая ткань», - сказал Николя Л'Эро, научный сотрудник Инженерной школы Сан-Диего Калифорнийского университета (UC San Diego). Исследования проводились в Лаборатории экспериментального органогенеза (LOEX) Медицинской школы Университета Лаваля в Квебеке Л'Эро, Люси Жермен, Раймоном Лаббе и Франсуа Оже. Хотя в прошлом исследователи пытались создать полностью биологические кровеносные сосуды, их работа потерпела неудачу, потому что искусственные кровеносные сосуды были слишком слабыми, чтобы выдерживать кровяное давление в организме, и разрывались после имплантации. Канадские исследователи сделали кровеносный сосуд из клеток человека и имплантировали его собаке на неделю. Трансплантат оказался достаточно прочным и позволил крови течь через него. Исследования показали, что полностью натуральная ткань была достаточно прочной, чтобы выдерживать кровяное давление, почти в 20 раз превышающее нормальное человеческое кровяное давление (Журнал Федерации американских обществ экспериментальной биологии, январь 1998 г.).
«Мы считаем, что это фундаментальный прорыв, который может привести к инженерии различных тканей», - сказал Джон Франгос, профессор биоинженерии Калифорнийского университета в Сан-Диего.
В настоящее время большинство искусственных тканей для кожи, кровеносных сосудов и хрящей строятся на основе синтетических материалов или продуктов животного происхождения. Этот внеклеточный матрикс придает форму ткани. Клетки человека, такие как фибробласты и мышечные клетки, помещают в искусственную оболочку. Наконец, клетки человека превращаются в биоразлагаемый искусственный материал и покрывают его белками внеклеточного матрикса.
Ткань, полностью изготовленная из собственных клеток пациента, имеет ряд ключевых преимуществ. «Мы избегаем иммунных реакций, которые приводят к полному отторжению, и снижаем риск реакции организма на трансплантат хроническим воспалением, которое приводит к образованию рубцовой ткани», - сказал Л’Эро. «В результате однажды мы сможем создавать функциональные сосудистые трансплантаты меньшего размера, которые более точно соответствуют диаметру естественных кровеносных сосудов, тем самым улучшая поведение кровотока внутри сосуда».
Операция по шунтированию включает замену заблокированного участка артерии трансплантатом из другой артерии или вены на ноге пациента. Однако эта техника имеет определенные недостатки. Венозный трансплантат, чтобы выполнять работу артерии, должен нарастить дополнительные мышцы, которые в конечном итоге могут закупорить трансплантат. Поэтому пациентам часто требуется повторное шунтирование, и во многих случаях у пациента не хватает здоровой ткани для дальнейших трансплантатов. Кроме того, атеросклероз может закупоривать периферические кровеносные сосуды, например, кровеносные сосуды крупных артерий ног. Во всех этих случаях можно использовать искусственные сосудистые трансплантаты.
Ключом к созданию полностью биологической ткани является конструкция биореактора. Техника LOEX работает путем сбора фибробластов с кожи реципиента и гладкомышечных клеток из приповерхностной вены. Эти клеточные строительные блоки создают коллаген и другие белки, которые переплетаются, образуя прочную и гибкую тканеподобную матрицу. Затем «ткань» оборачивается вокруг трубки, чтобы придать ей форму кровеносного сосуда. Трубка помещается в биореактор, где питательная жидкость, состоящая из аминокислот и витаминов, течет по трубкам и вокруг них. Температура, pH, атмосфера и смесь питательных веществ тщательно контролируются. Наконец, эндотелиальные клетки, составляющие стенку кровеносного сосуда, включаются в белковую матрицу, и трубка удаляется.
«Биохимическая и механическая среда может влиять на экспрессию генов и коренным образом изменять поведение клеток», - сказал Л'Эро. «С помощью биореактора мы имитируем среду тела и превращаем клетки кожи в клетки кровеносных сосудов».
Heidelberger Verlag Spektrum der Wissenschaft является оператором этого портала. Его электронные и печатные журналы, в том числе «Spektrum der Wissenschaft», «Gehirn&Geist» и «Spektrum - Die Woche», сообщают о текущих результатах исследований.