Группа ученых из Шанхая предложила новый метод создания искусственных кровеносных сосудов. Их работа опубликована в журнале Advances, издаваемом Американским институтом физики (American Institute of Physics, AIP). Это не учебное заведение, а некоммерческая организация, чем-то напоминающая нашу академию наук. Институт помогает ученым налаживать взаимодействие, организует учебные программы, занимается популяризацией науки и издает несколько научных журналов.
Адекватное кровоснабжение всего тела очень важно, чтобы тело и его хозяин чувствовали себя хорошо и жили долго. Недостаточность кровоснабжения часто играет роль в патогенезе угрожающих жизни заболеваний и их осложнений. Сужение просвета питающих сердечную мышцу коронарных сосудов из-за накапливающихся отложений приводит к ишемической болезни сердца и даже инфаркту. Похожим образом может происходить ишемический инсульт и другие, менее фатальные, но заметно снижающие качество жизни, нарушения мозгового кровообращения. Больные сахарным диабетом при неудачном лечении на поздних стадиях заболевания сталкиваются с нарушениями кровообращения в конечностях (чаще, ногах), вместе с нейропатией вызывающими некроз. В крайних случаях может потребоваться ампутация.
Один из методов борьбы с ишемической болезнью сердца сегодня – это аорто-коронарное шунтирование (АКШ). АКШ – это хирургическая операция, в ходе которой напрямую соединяют аорту, артерию, в которую попадает только вышедшая из сердца обогащенная кислородом кровь, и коронарную артерию ниже того места, где произошло сужение. Это позволяет восстановить поступление кислорода и питательных веществ к голодавшим клеткам.
Но для того, чтобы соединить эти два кровеносных сосуда, нужен еще один сосуд - шунт. Сегодня, чтобы его создать, обычно вырезают фрагмент какого-либо периферического сосуда. Этот способ годится, только если нужен довольно кроткий фрагмент и непригоден, например, для замены целых поврежденных сосудов. Эту задачу смогут решить только искусственные сосуды.
Вырастить сосуд только из собственных клеток пациента, чтобы его не отвергала иммунная система, в лабораторных условиях не удается. В чашках Петри клетки растут либо ровным слоем, прикрепившись ко дну, либо в суспензии. Формировать жесткие трубки сами по себе они не хотят. Противоположный подход – изготовить трубку из какого-нибудь полимера и вшить ее вместо поврежденного сосуда тоже не приносит успеха. Такой «сосуд» узнается как чужеродный объект и подвергается разнообразным атакам со стороны организма. Какое-то время он, конечно, прослужит, но может со временем оказаться закупоренным.
Заманчивой кажется идея объединить эти два подхода: использование собственных клеток пациента и полимерных трубок в качестве каркаса. Особенно хорошо для этой цели подходят полимеры, деградирующие через некоторое время после имплантации. За это время на нем успели бы закрепиться и сформировать собственную трехмерную структуру клетки, попавшие сюда с кровотоком или мигрировавшие из прилежащих здоровых частей сосуда. Со временем каркас разрушился бы, а клеточные структуры остались.
Такой каркас должен обладать двумя качествами. Во-первых, он должен быть достаточно жестким. Во-вторых, к его поверхностям клетки должны легко прикрепляться и иметь при этом возможность, прикрепившись, размножаться. Выполнить оба эти требования авторам работы удалось, сделав конструкцию трехслойной.
Наружные слои были одинаковы между собой, они предназначались для заселения клетками и их размножения. Они состояли из двух полимеров: хитозана и поливинилового спирта. Хитозан – полимер, который обычно получают из хитина, основной составляющей панцирей ракообразных. Хитозан менее жесткий, он присутствует в клеточных стенках дрожжей и грибов. В последние годы он находит все более широкое применение в медицинских технологиях, из него делают кровоостанавливающий материал и препарат для борьбы с инфекциями.
Поливиниловый спирт придает конструкции прочность и гибкость. Итоговая конструкция изготавливалась из двух полимеров методом, который называется «электропрядение». Манипулируя электрическим зарядом, из полимеров удается создавать нужную структуру.
Такая структура, однако, получалась недостаточно жесткой. Для жесткости было решено добавить промежуточный слой. Этот слой состоял из полидиоксанона – полимера, часто используемого в хирургии и биопротезировании. Как раз из него делают шовный материал, который сам со временем рассасывается.
Сконструировав такую трехслойную трубочку, авторы проверили, действительно ли клетки будут заселять ее и размножаться. Для эксперимента были выбраны фибробласты – клетки соединительной ткани, участвующие, например в заживлении ран, помимо всего прочего, синтезируя межклеточное вещество, состоящее из жестких полимеров и придающее трехмерную форму многим биологическим объектом (ранее мы уже рассказывали, как из клеток и межклеточного вещества были созданы целые органы). Оказалось, что фибробласты охотно заселяют получившуюся структуру и активно размножаются.
Вероятно, в скором времени авторы работы протестируют свою конструкцию на животных.
