Znanstvenici s MIT-a razvili su metodu kojom pomoću magnetskih sila mogu precizno usmjeravati rast krvnih žila, što bi u budućnosti moglo unaprijediti razvoj umjetnih tkiva i organa.
Stvaranje umjetnih organa i tkiva u laboratoriju jedna je od velikih nada moderne medicine. Iako znanstvenici već godinama rade na razvoju tehnologija koje bi omogućile zamjenu oštećenih dijelova tijela, jedan od najvećih izazova i dalje predstavlja stvaranje pravilno organizirane mreže krvnih žila.
Upravo su krvne žile ključne za preživljavanje svakog tkiva jer kroz njih stanice dobivaju kisik i hranjive tvari. Poseban izazov predstavljaju kapilare – najmanje krvne žile u tijelu koje su toliko tanke da mogu imati promjer svega 0,005 milimetara, odnosno oko 34 puta manje od debljine ljudske vlasi. Kroz njih krvne stanice prolaze gotovo u jednom redu.
Istraživački tim predvođen znanstvenicima s Massachusetts Institute of Technologyja (MIT) sada je razvio novu metodu kojom se krvne žile mogu stvarati u laboratoriju znatno preciznije nego prije. Rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
Magneti usmjeravaju stanice krvnih žila
Novi pristup temelji se na korištenju magnetskih sila koje nježno rastežu i usmjeravaju stanice krvnih žila kako bi rasle u željenom obliku i smjeru.
– Zdrava tkiva ovise o organiziranim mrežama krvnih žila, ali postojeće metode još uvijek ne omogućuju stvaranje takvih mreža unutar umjetno uzgojenih tkiva – istaknula je Ritu Raman, strojarska inženjerka s MIT-a.
Kako objašnjavaju istraživači, mogućnost preciznog upravljanja rastom krvnih žila mogla bi omogućiti pouzdaniju i veću proizvodnju umjetno uzgojenih tkiva koja bi se jednog dana mogla ugraditi u tijelo i pomoći u vraćanju funkcije nakon ozbiljnih bolesti ili ozljeda.
Sustav koji su razvili temelji se na malom čipu u kojem se nalaze endotelne stanice – stanice koje oblažu unutarnju površinu krvnih žila. Te su stanice uzgojene u laboratoriju i smještene u gel od kolagena, jednog od najvažnijih proteina koji tijelu daje strukturu i čvrstoću.
Unutar čipa nalazi se i sićušni magnet kojim istraživači mogu upravljati s pomoću nekoliko vanjskih magneta. Podešavanjem magnetske sile mogu utjecati na način na koji stanice rastu i određivati kako će se oblikovati nove krvne žile. Ova tehnologija predstavlja nastavak ranijih istraživanja istog tima, koji je sličan pristup već koristio za stvaranje umjetnih mišića i živaca.
Mogu kontrolirati broj i duljinu novih krvnih žila
Promjenom jačine magnetskog privlačenja znanstvenici su uspjeli utjecati na broj i duljinu novih krvnih žila koje su nastajale u laboratoriju. Iako se još uvijek radi o ranoj fazi razvoja tehnologije, prvi rezultati pokazuju velik potencijal.
– Najvažniji zaključak jest da rastezanjem krvnih žila naprijed-natrag potiče stvaranje većeg broja novih kapilara – rekla je Raman. Dodala je kako mehaničke sile imaju važnu ulogu u ljudskom tijelu te da ovo otkriće pokazuje kako bi se u budućnosti moglo preciznije kontrolirati želi li se stvoriti više ili manje krvnih žila, kraće ili dulje žile ili ih usmjeriti u određenom pravcu.
Zašto je kontrola angiogeneze toliko važna?
Proces stvaranja novih krvnih žila naziva se angiogeneza. Iako znanstvenici već imaju metode kojima mogu potaknuti rast krvnih žila, dosadašnji pristupi nisu omogućavali dovoljno preciznu kontrolu.
Krvne žile danas se mogu stvarati pomoću 3D ispisa ili uzgojem pojedinačnih stanica u laboratorijskim uvjetima uz pomoć hranjivih tvari i različitih kemijskih spojeva. Međutim, znanstvenici traže metode koje bi omogućile stvaranje složenijih i bolje organiziranih mreža krvnih žila.
– Možete pokušati koristiti kemijske signale, poput čimbenika rasta, kako biste usmjerili gdje će krvne žile rasti, ali to ne možete učiniti dovoljno precizno. Zato su nam potrebni drugi podražaji koje možemo kontrolirati i s pomoću kojih možemo stvarati tkiva s pravilno organiziranim krvnim žilama – objasnila je Raman.
Važnu ulogu ima i gen PIEZO1
Istraživači su proučavali i mehanizme koji omogućuju da stanice reagiraju na mehaničke sile. U dodatnim pokusima koristili su genetski izmijenjene stanice kojima nedostaje gen PIEZO1.
Taj gen ima važnu ulogu u radu ionskih kanala – svojevrsnih „vrata“ u staničnoj membrani koja reguliraju ulazak i izlazak različitih tvari iz stanice. Posebno je važan tip ionskih kanala koji reagira na mehanički pritisak. Kada je PIEZO1 bio isključen, nastalo je znatno manje krvnih žila, što pokazuje da je aktivacija tog mehanizma ključna za njihov razvoj.
Sljedeći cilj: povezati umjetne krvne žile sa stvarnim tkivima
Iako su rezultati obećavajući, znanstvenici ističu da je potrebno još istraživanja prije nego što se ova tehnologija bude mogla koristiti u medicini.
Sljedeći koraci uključuju provjeru kako krv stvarno prolazi kroz laboratorijski stvorene arterije, vene i kapilare te kako se takva mreža krvnih žila može povezati s umjetno uzgojenim tkivima i organima. Prvi cilj istraživača bit će proučiti može li precizno oblikovanje krvnih žila poboljšati funkciju laboratorijski uzgojenih mišića.
– Sada istražujemo kako precizno usmjeravanje rasta krvnih žila može pomoći u poboljšanju funkcije mišića – rekla je Jessica Shah, biomedicinska inženjerka s MIT-a.
Ako se ova tehnologija nastavi razvijati, mogla bi jednog dana otvoriti mogućnost stvaranja složenijih umjetnih tkiva i organa koji bi se mogli koristiti za liječenje pacijenata nakon teških ozljeda ili kod bolesti koje danas zahtijevaju transplantaciju.
(Ordinacija.hr)
