Исследователи создали трехмерную микрофлюидную систему для изучения биологического процесса, известного как прорастание эндотелия. Этот процесс представляет собой ранний этап роста новых кровеносных сосудов, называемый ангиогенезом.
Прорыв в комплексном понимании ангиогенеза принесет пользу исследователям в широких биомедицинских областях, включая рак, сосудистую науку и тканевую инженерию. Причина такого интереса к области рака заключается в том, что опухоли должны получать доступ к кровоснабжению хозяина, чтобы получать питательные вещества, необходимые для роста. Они делают это, кооптируя соседние кровеносные сосуды, заставляя их прорастать и васкуляризировать массу опухоли при ангиогенезе. Развитие опухоли приводит к летальному исходу рака.
Скотт Вербридж, доцент Школы биомедицинской инженерии и наук Технологического института Вирджинии, вместе со старшими исследователями Центра физических наук и онкологии Корнельского университета разработали систему, используя модели in vitro или живые инженерные ткани при поддержке Национального отдела рака. Институт физических наук в онкологии.
В научном сообществе относительно мало известно об интегрированных физико-химических процессах, участвующих в ангиогенезе. Внутренние процессы в кровеносных сосудах могут увеличивать или подавлять рост клеток, первоначально вызванный химическими сигналами от опухолевых клеток, так что препараты, предназначенные для блокирования этих химических триггеров опухолевого происхождения, не всегда могут быть эффективными. Однако инструменты для изучения этих важных деталей отсутствовали.
"Ангиогенез широко изучался в этой области и является одной из областей, где инновационные методы лечения, направленные на микросреду, действительно стали доступны пациентам. Однако эти методы лечения не работают так хорошо, как люди надеялись," сказал Вербридж. "Разработка моделей in vitro поможет нам понять различные регуляторы ангиогенеза, то, как они могут влиять на эффективность текущих методов лечения, и мотивировать новые идеи лечения."
В системе используются натуральные тканевые материалы, состоящие из трех определенных микроканалов, встроенных в гидрогели коллагена I типа, предназначенных для имитации структурной поддержки, в которой регенерируются новые кровеносные сосуды. Два параллельных боковых канала обеспечивают средства для создания биохимических градиентов, которые пересекают центральный канал, покрытый эндотелиальными клетками.
Прорастание новых кровеносных сосудов происходит, когда градиенты фактора роста эндотелия сосудов (VEGF) применяются через центральный канал, однако также неожиданно было обнаружено, что геометрия и плотность кровеносных сосудов сильно регулируют динамику разрастания.
Результаты описаны в статье, опубликованной в Journal of Biomedical Materials Research Part A, и подчеркивают важность как механических, так и биохимических факторов.