Калифорнийские наноинженеры выиграли грант Национальных Институтов Здравоохранения (США) на разработку инструментов для изготовления биоразлагаемых структур, вокруг которых будут наращиваться ткани сердца (в том числе "рабочие" кровяные сосуды). Разработка технологий выращивания тканей, в мельчайших подробностях повторяющих природные, станет огромным достижением в клинической терапии, так как позволит создавать ткани-заменители для людей, перенесших сердечный приступ. Данное исследование также может улучшить лабораторные системы изучения клеток, в том числе стволовых.

Размер гранта для четырехлетней программы составил 1,5 миллиона долларов. Главным грантополучателем стал профессор Шаочен Чен (Shaochen Chen) с факультета наноинженерии Калифорнийского Университета в Сан-Диего. «Мы создаем биоматериалы с наноструктурами, расположенными с внешней стороны, - рассказывает Чен. – С научной точки зрения, на молекулярном уровне существует очень много возможностей, а наноинженерия – прекрасный шанс, чтобы это использовать. Мы ожидаем, что на нашей платформе, изготовленной с помощью биотехнологий, можно будет производить ткани, очень близкие природным». Совершенствованием этой платформы группа Чена занимается последние пять лет.

С улучшенной биоплатформой инженеры факультета наноинженерии Инженерной школы Джейкобса в Калифорнийском университете смогут производить каркасы с точно заданными системами нанопор и другими конструкционными микродеталями, контролирующими взаимодействие клеток друг с другом и с окружающей средой. «Вам нужно сконструировать поры, потому что клетка должна питаться и выделять отходы. Для этого нужны каналы, позволяющие клетке выжить внутри системы», - объясняет Чен.

Чтобы воссоздать функционирующую сосудистую систему, ученые планируют сделать каркасы с трубками, а потом «засеять» их клетками, выстилающими внутреннюю поверхность кровяных сосудов (эндотелиальные клетки). Нехватка кровеносных сосудов у большинства систем регенерации тканей приводит к смерти клеток, утрате функций и ограничению максимального размера восстановленных тканей.

Химические свойства новых каркасов будут меняться «сверху-вниз», что создаст химические градиенты, управляющие ростом клеток.

Как и в предыдущих версиях каркасных систем Чена, клетки будут встроены (инкапсулированы) в стены каркасов. «Обычно, когда ученые выращивают ткань, они делают каркас, помещают туда клетки и позволяют им вырасти, - объясняет Чен. – Когда мы создаем наши структуры, клетки уже находятся внутри стен». Инкапсулирование клеток в стены способствует их равномерному распределению.

Основой каркасов будут природные материалы, такие как гиалуроновая кислота - ключевой компонент внеклеточного матрикса, который отвечает за прочность конструкции, заживление и т.д.

«Гидрогель для наших каркасов не может быть слишком мягким, слишком липким или слишком твердым. Они (гели) должны соответствовать требованиям, предъявляемым к биологической ткани», - сказал Чен.

Биопринтер

Для изготовления тканевых каркасов Чен и его коллеги разработали и продолжают совершенствовать производственный процесс, в котором задействованы свет, точно направляемые зеркала и компьютерная система проектирования. Сначала печатается трехмерная модель заранее разработанной структуры. Потом готовится раствор, содержащий клетки, которые должны нарасти в ткани, и полимеры, закрепляющие каркас. Когда свет через ряд зеркал попадает в раствор, каркас твердеет, принимая форму спроектированного изображения. В результате формируются структуры с инкапсулированными клетками, поскольку свет способствует затвердеванию одного слоя полимеров.

«На нашей биопроизводственной платформе мы можем строить трехмерные фигуры произвольной формы, например, ветви кровеносных сосудов, большие и маленькие трубки, - сказал Чен. – Эту разработку можно применить ко множеству различных типов клеток и тканей».