Ученые из Университета Бингемтона (Binghamton University) разработали новаторский метод, позволяющий создавать искусственные сосудистые системы непосредственно внутри каркасов человеческих тканей. Это достижение, о котором было объявлено в 2023 году, знаменует собой крупный прорыв в области тканевой инженерии. Исследовательская работа была опубликована в Колледже инженерии и прикладных наук имени Томаса Дж. Уотсона (Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Sciences). До недавнего времени одним из самых серьезных препятствий в создании сложных искусственных тканей была неспособность обеспечить адекватное кровообращение, что ограничивало как размер, так и функциональность синтезируемых конструкций.
Команда, возглавляемая профессорами Ин Ван (Ying Wang) и Инге Чжоу (Yingge Zhou), сосредоточила свои усилия на преодолении этих критических ограничений. Ранее отсутствие надлежащего кровоснабжения в центре искусственных тканей неизбежно приводило к формированию обширных некротических зон — областей, где клеточные структуры погибали из-за острой нехватки кислорода и необходимых питательных веществ. Этот фундаментальный недостаток, по сути, тормозил возможность разработки более объемных и структурно сложных тканевых конструкций, которые могли бы полноценно имитировать естественные органы.
Для решения этой сложной задачи исследователи применили изощренные методы нанопроизводства. Они успешно создали микротрубки, которые были искусно встроены в гидрогелевые каркасы, служащие основой для роста клеток. Диаметр этих микротрубок был тщательно откалиброван и варьировался в узком диапазоне от 1 до 10 микрон. Процесс их изготовления включал технику электропрядения (electrospinning), после чего сердцевина трубок подвергалась растворению, что приводило к образованию чистых, полых каналов. Кроме того, для достижения оптимального распределения и точного укорачивания микротрубок использовалась контролируемая ультразвуковая вибрация.
Эффективность и функциональность разработанной методики были подтверждены в ходе тщательных экспериментов. Используя флуоресцентные микрочастицы в качестве маркеров, ученые смогли наглядно продемонстрировать существенное улучшение циркуляции жидкости, а также более эффективную и равномерную доставку кислорода и всех необходимых питательных веществ по всей толще ткани. Это критически важное улучшение обеспечило высокую жизнеспособность и активную пролиферацию клеточных культур в искусственной среде. Профессора Ван и Чжоу особо подчеркивают, что возможность точного регулирования размера этих каналов является краеугольным камнем для формирования различных типов сосудистых структур, что абсолютно необходимо для адаптации инженерии к специфическим требованиям конкретной ткани.
Этот прорыв имеет колоссальное значение, поскольку необходимость в создании функциональных сосудистых систем долгое время оставалась главным узким местом, сдерживающим развитие всей области тканевой инженерии. Предложенный метод открывает реальный путь к созданию искусственных тканей, которые по своим характеристикам максимально приближены к естественным органам. Это имеет решающее значение для двух ключевых направлений: во-первых, для более точного и надежного тестирования лекарственных препаратов, и во-вторых, для стремительного развития регенеративной медицины.
Заглядывая в будущее, исследователи видят потенциал этой технологии, позволяющий выйти за рамки создания отдельных органов. Их конечная цель — это возможность сборки интегрированных, полностью функционирующих систем, состоящих из нескольких органов, которые будут базироваться исключительно на человеческих клетках. Эта работа убедительно демонстрирует, как даже сфокусированное внимание на, казалось бы, мелких технических деталях, таких как управление диаметром микротрубок, может стать мощным катализатором для масштабных и революционных изменений, оказывающих прямое и положительное влияние на наше общественное здоровье и будущее биомедицины.
