Профессор Милика Радишич (IBBME, ChemE), аспирант Боян Чжан и остальная часть команды входят в число тех исследовательских групп по всему миру, которые стремятся найти способы выращивания человеческих тканей в лаборатории в условиях, имитирующих тело реального человека. Они разработали уникальные методы производства небольших сложных каркасов для роста отдельных клеток. Эти искусственные среды производят клетки и ткани, которые больше напоминают настоящие, чем те, что выращены в чашке Петри.

Недавние разработки команды включают Biowire TM — инновационный метод выращивания сердечных клеток вокруг шелкового шва, а также каркас для сердечных клеток, который соединяется вместе, как листы липучки Velcro ™. Но AngioChip выводит тканевую инженерию на совершенно новый уровень. «Это полностью трехмерная структура с внутренними кровеносными сосудами», — говорит Радишич. «Он ведет себя так же, как сосудистая сеть, а вокруг него есть решетка, через которую другие клетки могут прикрепляться и расти». Работа опубликована сегодня в журнале Nature Materials.Чжан построил каркас из POMaC, полимера, который является биоразлагаемым и биосовместимым.

Каркас состоит из серии тонких слоев, на которых нанесен узор из каналов шириной от 50 до 100 микрометров каждый. Слои, которые напоминают компьютерные микрочипы, затем складываются в трехмерную структуру синтетических кровеносных сосудов.

При добавлении каждого слоя УФ-свет используется для сшивания полимера и его связывания с нижележащим слоем.Когда конструкция закончена, ее окунают в жидкость, содержащую живые клетки. Клетки быстро прикрепляются к каналам внутри и снаружи и начинают расти так же, как в человеческом теле.«Раньше люди могли делать это только с помощью устройств, сжимающих ячейки между листами силикона и стекла», — говорит Радишич. «Чтобы запустить всего один чип, вам потребовалось несколько насосов и вакуумных линий.

Наша система работает в обычной чашке для культивирования клеток, и в ней нет насосов; мы используем напорные головки для перфузии среды через сосудистую сеть. Лунки открыты, поэтому вы можете легко доступ к ткани ".

Используя платформу, команда создала модельные версии тканей сердца и печени, которые функционируют как настоящие. «Наша печень фактически вырабатывает мочевину и метаболизирует лекарства», — говорит Радисич. Они могут соединять кровеносные сосуды двух искусственных органов, моделируя тем самым не только сами органы, но и взаимодействие между ними. Они даже вводили лейкоциты в сосуды и наблюдали, как они протискивались через щели в стенке сосудов, чтобы достичь ткани на другой стороне, точно так же, как в человеческом теле.

AngioChip имеет большой потенциал в области фармацевтического тестирования. Современные методы тестирования на наркотики, такие как испытания на животных и контролируемые клинические испытания, дороги и чреваты проблемами этического характера. Тестирование тканей человека, выращенных в лаборатории, позволило бы получить реалистичную модель за небольшую часть стоимости, но эта область исследований все еще находится в зачаточном состоянии. «В последние несколько лет стало возможным заказывать культуры человеческих клеток для тестирования, но они выращиваются на тарелке, в двухмерной среде», — говорит Радишич. «Например, они не отражают всех функциональных признаков настоящей сердечной мышцы».Более реалистичная платформа, такая как AngioChip, могла бы позволить фармацевтическим компаниям обнаруживать опасные побочные эффекты и взаимодействия между отделами органов задолго до того, как их продукты попадут на рынок, спасая бесчисленное количество жизней.

Его также можно использовать для понимания и проверки эффективности существующих лекарств и даже для скрининга библиотек химических соединений для открытия новых лекарств. Через TARA Biosystems Inc., дочернюю компанию, основанную Radisic, команда уже работает над коммерциализацией технологии.

В будущем Радисич предполагает, что ее выращенные в лаборатории ткани будут имплантированы в тело для восстановления органов, поврежденных болезнью. Поскольку клетки, используемые для посева платформы, могут происходить от кого угодно, новые ткани могут быть генетически идентичны предполагаемому хозяину, что снижает риск отторжения органа.

Команда ученых показала, что даже в его нынешнем виде AngioChip может быть имплантирован живому животному, а его искусственные кровеносные сосуды связаны с реальной системой кровообращения. Сама полимерная основа просто биоразлагается через несколько месяцев.У команды еще много работы. Каждый AngioChip в настоящее время изготавливается вручную; если платформа будет использоваться в промышленных масштабах, команде потребуется разработать высокопроизводительные методы производства для одновременного создания множества копий.

Тем не менее, потенциал очевиден. «Он действительно многофункциональный и решает многие проблемы в области тканевой инженерии», — говорит Радишич. «Это действительно новое поколение».