Naukowcy pracujący na Uniwersytecie Binghamton opracowali innowacyjną metodę tworzenia sztucznych systemów naczyniowych wewnątrz ludzkich rusztowań tkankowych. Osiągnięcie to stanowi znaczący krok naprzód w dynamicznie rozwijającej się dziedzinie inżynierii tkanek. Prace nad tym przełomowym projektem zostały opublikowane w 2023 roku, a ich realizacja miała miejsce na Wydziale Inżynierii i Nauk Stosowanych Thomasa J. Watsona (Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science).
Zespół badawczy, którym kierowali profesorowie Ying Wang i Yingge Zhou, koncentrował swoje wysiłki na przełamaniu dotychczasowych ograniczeń dotyczących rozmiaru oraz funkcjonalności wytwarzanych tkanek. Historycznie, poważną przeszkodą w rozwoju bardziej złożonych struktur był brak możliwości zapewnienia odpowiedniej cyrkulacji krwi. Ta wada prowadziła do powstawania obszarów martwiczych, gdzie komórki obumierały z powodu krytycznego niedoboru tlenu i składników odżywczych. Ten fundamentalny deficyt skutecznie hamował postęp w tworzeniu większych i bardziej skomplikowanych tkanek.
Aby sprostać temu wyzwaniu, badacze zastosowali zaawansowane techniki nanofabrykacji, które umożliwiły im stworzenie mikrokanalików w obrębie rusztowań wykonanych z hydrożelu. Te mikrorurki, których średnica mieściła się w zakresie od 1 do 10 mikronów, zostały wytworzone przy użyciu metody elektroprzędzenia. Kluczowym etapem było następnie rozpuszczenie ich rdzenia, co pozwoliło na uzyskanie pustych, drożnych kanałów. Ponadto, w celu skrócenia mikrorurek i zapewnienia ich równomiernej dystrybucji w strukturze, wykorzystano wibracje ultradźwiękowe. Przeprowadzone testy, monitorujące przepływ fluorescencyjnych mikrokulek, potwierdziły znaczną poprawę krążenia oraz efektywniejsze dostarczanie tlenu i substancji odżywczych, co jest niezbędne do podtrzymania życia komórek.
Profesorowie Wang i Zhou podkreślają, że kluczowym elementem innowacji jest możliwość precyzyjnego kontrolowania rozmiaru tych kanalików. Ta zdolność jest absolutnie niezbędna do tworzenia różnych typów unaczynienia, co ma fundamentalne znaczenie dla dostosowywania i modyfikacji wytwarzanej tkanki do konkretnych zastosowań. Ten technologiczny postęp pojawia się w momencie, gdy potrzeba lepszych systemów naczyniowych w sztucznych tkankach stanowiła główną barierę rozwojową. Nowa metoda oferuje realną drogę naprzód, przybliżając wytwarzane tkanki do replikacji prawdziwych organów, które mogłyby być wykorzystywane w testach leków oraz w medycynie regeneracyjnej.
Zastosowanie wibracji ultradźwiękowych w celu optymalizacji dystrybucji mikrorurek jest szczególnie godne uwagi. Ten krok technologiczny pozwolił na równomierne rozmieszczenie sieci naczyniowej w całej strukturze hydrożelu, co jest krytyczne dla zapewnienia jednorodnego dostępu do składników odżywczych dla wszystkich komórek. Otwiera to drogę do projektowania znacznie większych i bardziej złożonych rusztowań tkankowych, które do tej pory były niemożliwe do utrzymania przy życiu poza organizmem.
Naukowcy przewidują, że jeśli ta technologia zostanie w pełni udoskonalona, umożliwi nie tylko konstruowanie pojedynczych organów, ale także łączenie wielu organów w złożony, żywy system oparty na ludzkich komórkach. Praca ta dobitnie pokazuje, jak skupienie się na szczegółach technicznych, takich jak zarządzanie rozmiarem kanalików, może stać się katalizatorem ogromnych zmian w dziedzinach mających bezpośredni wpływ na nasze zdrowie i przyszłość biomedycyny.
