მაგნიტების გამოყენებით, მეცნიერებმა ლაბორატორიაში ხელოვნური სისხლძარღვები გაზარდეს — #1tvმეცნიერება
ერთ მშვენიერ დღეს, მეცნიერებამ შეიძლება მოგვცეს ჩვენი სხეულის დაზიანებული და დაავადებული ნაწილების ხელოვნური საშუალებებით ჩანაცვლების გზა — მაგრამ ორგანოებისა და ქსოვილების ლაბორატორიაში გამრავლება ნამდვილად არაა ადვილი საქმე.
განსაკუთრებით ასეა სისხლძარღვთა ქსელის შემთხვევაში, რომელიც წვრილი, ძაფის მსგავსი კაპილარების დონეზე მიკროსკოპულია; ამ კაპილარების დიამეტრი 0,005 მილიმეტრია (თმაზე 34-ჯერ წვრილი) და მათში სისხლის უჯრედები მხოლოდ ერთ რიგში გადაადგილდება.
მასაჩუსეტსის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის (MIT) მკვლევართა ჯგუფი ჟურნალ PNAS-ში გამოქვეყნებულ კვლევაში დეტალურად აღწერს ლაბორატორიაში სისხლძარღვების ინჟინერიით შექმნის გზას, რომელიც გაცილებით უფრო დიდ სიზუსტეს იძლევა, ვიდრე აქამდე ოდესმე.
სისხლძარღვების (და შესაბამისად, სისხლის მიმოქცევის) სწორად ჩამოყალიბება გადამწყვეტი მნიშვნელობისაა ლაბორატორიაში გაზრდილი ნებისმიერი ორგანოს ან ქსოვილის წარმატებისთვის, რადგან წვრილი კაპილარები ქსოვილში შედიან, აწვდიან ჟანგბადს და საკვებ ნივთიერებებს.
ახალი მიდგომა ეფუძნება მაგნიტური ძალების გამოყენებას, რომლებიც ადგილზე ნაზად ჭიმავენ და უკანვე აბრუნებენ სისხლძარღვების უჯრედებს.
„ჯანმრთელი ქსოვილი დამოკიდებულია სისხლძარღვთა ორგანიზებულ ქსელებზე, მაგრამ მოწინავე პროტოკოლები არ იძლევა ასეთი ქსელების შექმნის საშუალებას ინჟინერიულ ქსოვილებში. სისხლძარღვების ზრდის ფიზიკური სიგნალებით პროგრამირების შესაძლებლობამ შეიძლება შესაძლებელი გახადოს ინჟინერიით შექმნილი ქსოვილების რეპროდუქცირებადი და მასშტაბირებადი წარმოება, რომელთა იმპლანტაციაც შესაძლებელია ორგანიზმში დამაუძლურებელი დაავადების ან დაზიანების შემდეგ ფუნქციის აღსადგენად“, — ამბობს MIT-ის მექანიკური ინჟინერი რიტუ რამანი.
სისტემა ეფუძნება პატარა ჩიპს, რომელიც შეიცავს ლაბორატორიაში გაზრდილ და კოლაგენის გელში შეტივტივებულ ენდოთელიურ უჯრედებს (უჯრედები, რომლითაც დაფარულია სისხლძარღვები); კოლაგენი არის ორგანიზმის ერთ-ერთი ყველაზე მნიშვნელოვანი საშენი მასალა ცილა.
ჩიპში ასევე მოთავსებულია ციცქნა მაგნიტი, რომელსაც სამ განზომილებაში აკონტროლებენ რამდენიმე გარე მაგნიტით. მას შემდეგ, რაც ჩიპის მაგნიტზე ძალა დაარეგულირეს, მკვლევრებმა განსაზღვრეს როგორ იზრდებოდა ახალი სისხლძარღვები.
ეს გახლავთ ადაპტირებული ფორმა იმავე მიდგომისა, რომელიც მკვლევრებმა წარსულში ხელოვნური კუნთებისა და ნერვების შესაქმნელად გამოიყენეს.
გარე მაგნიტის მიზიდვის ძალის ცვლილებით, მკვლევრებმა ასევე შეძლეს ახალი ძარღვების სიგრძისა და რაოდენობის კონტროლი. ჯერ კიდევ ადრეული, პროტოტიპული ეტაპია, მაგრამ პირველადი შედეგები იმედის მომცემია.
„მთავარი დასკვნა ასეთია: სისხლძარღვის წინ და უკან გაწელვა, როგორც ჩანს, ზრდის ახალი კაპილარების რაოდენობას. მექანიკური ძალები ჩვენს სხეულში მნიშვნელოვან როლს ასრულებს. ეს იმას ნიშნავს, რომ თუ მეტი ან ნაკლები სისხლძარღვის გაზრდა გსურს, ან მოკლესი ან გრძელის, ან გარკვეული მიმართულების — ახლა უკვე ვიცით, როგორ გავაკეთოთ ეს“, — ამბობს რამანი.
ტექნიკურად ახალი სისხლძარღვების წარმოქმნას ანგიოგენეზი ეწოდება, მაგრამ მათი ხელოვნურად შექმნის წინა მეთოდებმა საკმარისი კონტროლი არ უზრუნველყო.
ამჟამად შესაძლებელია სისხლძარღვების 3D პრინტერით შექმნა ან ინდივიდუალური უჯრედებისგან გაზრდა პეტრის თეფშებზე, რომლებიც საკვები ნივთიერებებითა და სხვა ქიმიური ნივთიერებებითაა ავსებული, მაგრამ მეცნიერები ეძებენ რაღაც ისეთს, რაც უფრო დიდი სიზუსტით მუშაობს.
„შეგიძლიათ სცადოთ ქიმიური სიგნალების, მაგალითად, ზრდის ფაქტორების ნიმუშის აღქმა, რათა მიუთითოთ სისხლძარღვების ზრდის ადგილი, თუმცა ამის გაკეთება ზუსტად შეუძლებელია. შესაბამისად, გვჭირდება სხვა ტიპის შაბლონური ნიშნები, რომლებიც დაგვეხმარება ორგანიზებული სისხლძარღვების მქონე ქსოვილების შექმნაში“, — აღნიშნავს რამანი.
მკვლევართა ჯგუფმა ასევე შეისწავლა აქ მოქმედი ძირითადი მექანიზმები. ექსპერიმენტები გაიმეორეს გენური ინჟინერიით ისე დამუშავებული უჯრედების გამოყენებითაც, რომლებიც PIEZO1 გენის გარეშე ფუნქციონირება შეეძლოთ.
ეს გენი აკონტროლებს „უჯრედის კარიბჭის მცველებს“ — იონური არხები, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან უჯრედში შემავალ და უჯრედიდან გამომავალ ნივთიერებებზე, ამ შემთხვევაში სპეციფიკურ ტიპზე, რომელიც რეაგირებს მექანიკურ წნეხზე. PIEZO1-ის გამორთვისას ნაკლები სისხლძარღვები შეიქმნა, რაც აჩვენებს, რომ იონური არხების გააქტიურება გადამწყვეტია.
შემდეგი ნაბიჯია იმის ნახვა, რამდენად კარგად მიედინება სისხლიო ამ ჩიპით შექმნილ არტერიებში, ვენებსა და კაპილარებში და ლაბორატორიაში გაზრდილ ორგანოებსა და ქსოვილებში სისხლის უჯრედების სტრუქტურის გარშემო — პირველ რიგში, კუნთებში.
კვლევა ჟურნალ PNAS-ში გამოქვეყნდა.
მომზადებულია news.mit.edu-სა და ScienceAlert-ის მიხედვით.