Budowa sztucznych organów w laboratorium od lat pozostaje jednym z najambitniejszych celów inżynierii biomedycznej. Problemem nie jest jednak samo stworzenie odpowiednich komórek, lecz zapewnienie im właściwego ukrwienia. Najdrobniejsze naczynia krwionośne (kapilary) mają średnicę zaledwie około 0,005 mm, czyli są kilkadziesiąt razy cieńsze od ludzkiego włosa.
To właśnie one dostarczają tlen i substancje odżywcze do niemal każdej komórki organizmu. Dotychczasowe metody, jak druk 3D naczyń lub hodowanie ich z pojedynczych komórek, dawały ograniczoną kontrolę nad ich kształtem i rozmieszczeniem. Zespół badaczy z MIT opracował jednak nową technikę wykorzystującą siły magnetyczne do precyzyjnego sterowania wzrostem naczyń krwionośnych.
Magnesy pomogły "wyrzeźbić" naczynia
W eksperymencie wykorzystano specjalny mikroczip zawierający komórki śródbłonka, czyli komórki wyściełające wnętrze naczyń, umieszczone w żelowej strukturze z kolagenu. Wewnątrz układu znajdował się niewielki magnes, którego położenie kontrolowano za pomocą zewnętrznych pól magnetycznych działających w trzech wymiarach.
Dzięki regulowaniu siły przyciągania naukowcy mogli wpływać na sposób, w jaki rozwijały się nowe naczynia. Okazało się, że mechaniczne rozciąganie komórek pobudzało tworzenie większej liczby kapilar i pozwalało kontrolować ich długość oraz kierunek wzrostu.
Zobacz również:
Organizm sam wykorzystuje podobne mechanizmy
Badacze podkreślają, że metoda wykorzystuje naturalne procesy zachodzące w ludzkim ciele. Mechaniczne siły odgrywają ważną rolę w rozwoju tkanek, a komórki potrafią reagować na nacisk i rozciąganie. Aby sprawdzić, jak dokładnie działa ten mechanizm, naukowcy przeprowadzili dodatkowe eksperymenty z komórkami pozbawionymi genu PIEZO1. Odpowiada on za specjalne kanały jonowe reagujące na bodźce mechaniczne - po jego wyłączeniu powstawało znacznie mniej nowych naczyń, co potwierdziło kluczową rolę tego procesu.
Technologia znajduje się obecnie na wczesnym etapie rozwoju, ale jej potencjał jest ogromny. W przyszłości może umożliwić tworzenie bardziej zaawansowanych tkanek przeznaczonych do przeszczepów lub naprawy uszkodzonych organów. Naukowcy chcą teraz sprawdzić, czy precyzyjne sterowanie wzrostem naczyń poprawi funkcjonowanie całych sztucznie hodowanych struktur, a pierwszym będą tkanki mięśniowe.
