Одно из основных препятствий на пути выращивания новых органов – замененных сердец, легких и почек – это трудности, с которыми сталкиваются исследователи при построении кровеносных сосудов, поддерживающих жизнь тканей, но новые открытия Мичиганского университета могут помочь преодолеть это препятствие.
"Недостаточно просто сделать кусок ткани, который функционирует как желаемая цель," сказал Эндрю Патнэм, адъюнкт-профессор биомедицинской инженерии. "Если вы не наполняете его кровью, наполняя его кровью, он будет размером с головку ручки.
"Но нам нужно такое большое сердце," добавил он, подняв кулак.
Более того, врачи и исследователи считают, что выяснение того, как вырастить работающие кровеносные сосуды, может предложить лечение заболеваний, влияющих на систему кровообращения, таких как диабет. Возможно, правильный препарат или инъекция могут спасти ноги пациентов от ампутации.
Патнэм и его коллеги выяснили, почему один из ведущих подходов к построению кровеносных сосудов не всегда работает: он делает протекающие трубки. Они также продемонстрировали, как взрослые стволовые клетки могут решить эту проблему. Документ о результатах опубликован в Интернете в Tissue Engineering Part A и будет опубликован в следующем печатном издании.
Сегодня биомедицинские исследователи используют два основных подхода к выращиванию новых капилляров, мельчайших кровеносных сосудов и сосудов, отвечающих за обмен кислорода, углекислого газа и питательных веществ между кровью и мышцами или органами.
Одна группа исследователей разрабатывает лекарственные препараты, которые будут сигнализировать существующим судам о разветвлении в новые притоки. Эти соединения – обычно факторы роста белка – имитируют то, как раковые опухолевые клетки привлекают кровеносные сосуды.
Другая группа, в которую входит команда U-M, использует сотовый метод. Этот метод включает инъекцию клеток в носитель строительных лесов рядом с местом, где вы хотите, чтобы новые капилляры материализовались. Согласно подходу Патнэма, они доставляют эндотелиальные клетки, которые составляют выстилку сосудов и поддерживающие клетки. Их каркасный носитель – фибрин, белок в организме человека, который помогает свертываться крови.
"Клетки знают, что делать," Патнэм сказал. "Вы можете взять эти вещи, смешать их и поместить в животное. Буквально это так же просто, как простая инъекция, и в течение нескольких дней они самопроизвольно образуют новые сосуды, и собственная сосудистая сеть животного соединяется с ними."
Но оказывается, что эти суда не всегда процветают. Команда U-M стремилась выяснить, почему. Читая ранее опубликованные результаты, Патнэм заметил, что исследователи использовали "мешанина из опорных ячеек," и в этой области мало внимания уделялось тому, какие из них работают лучше всего. Вот на чем он и его коллеги сосредоточились.
В своих экспериментах они смешали три рецепта стартовых растворов для кровеносных сосудов, в каждом из которых использовался разный тип поддерживающих клеток: фибробласты легких, взрослые стволовые клетки из жира и взрослые стволовые клетки из костного мозга. Также сделали версию без опорных ячеек. Они вводили каждый раствор под кожу мышей и позволяли новым кровеносным сосудам сформироваться в течение двух недель. В различные моменты времени они вводили индикаторный краситель в кровообращение животных, чтобы помочь им увидеть, насколько хорошо сконструированные капилляры удерживают кровь и связаны ли они с существующими сетями сосудов животных.
Исследователи обнаружили, что раствор без поддерживающих клеток и раствор с фибробластами легких производили незрелые, деформированные человеческие капилляры, которые протекали. Они могли это сказать, потому что индикаторный краситель скапливался в ткани вокруг новых сосудов. С другой стороны, растворы с обоими типами взрослых стволовых клеток привели к появлению прочных капилляров человека, которые удерживали в них кровь и краситель.
В документе отмечается, что один популярный метод, который используют биомедицинские инженеры для проверки успешности своих усилий, – подсчет кровеносных сосудов – может быть не идеальной мерой. Растворы взрослых стволовых клеток производили меньше кровеносных сосудов, чем другие, в одном случае менее половины. Но корабли, которые они построили, были прочнее. И после дальнейшего анализа исследователи обнаружили доказательства того, что взрослые стволовые клетки могут дифференцироваться в зрелые гладкомышечные клетки, поддерживающие более крупные кровеносные сосуды.
"Взрослые стволовые клетки из жира и костного мозга работают одинаково хорошо," Патнэм сказал. "Если мы хотим использовать это в клинической практике через 5-10 лет, я думаю, что для данной области крайне важно сосредоточиться на поддерживающей клетке, которая действительно имеет некоторые характеристики стволовых клеток."
В дальнейшем Патнэм предполагает, что врачи смогут получить эти поддерживающие клетки от самих пациентов – либо из их костного мозга, либо из жира – а затем ввести их рядом с местом, где необходимы новые кровеносные сосуды.