Ученые Гарвардского университета и Школы инженерии и прикладных наук Джона А. Полсона (SEAS) разработали новый метод создания искусственных сосудистых сетей для создания функциональных человеческих тканей. Результаты исследования опубликованы в журнале Advanced Materials.
Исследователи разработали метод 3D-печати, который позволяет создать сосудистые сети с многослойной структурой, напоминающей естественные кровеносные сосуды человека. Эти сети состоят из оболочки, сделанной из гладкомышечных и эндотелиальных клеток, окружающих полое ядро, через которое может течь жидкость.
Метод, названный коаксиальным SWIFT (co-SWIFT), воспроизводит многослойную архитектуру, обнаруженную в нативных кровеносных сосудах. Его ключевой особенностью является использование двух разных типов чернил: коллагеновые чернила для оболочки и желатиновые чернила для ядра. Эти чернила позволяют создать сложные разветвленные сети сосудов, которые могут быть встроены в ткань человеческого сердца.
Команда напечатала сосудистые сети в недавно созданной матрице uPOROS, состоящей из пористого материала на основе коллагена, который воспроизводит плотную волокнистую структуру живой мышечной ткани. После печати матрицу нагревали, что приводило к сшивке коллагена и чернил оболочки, а также расплавлению желатина, что позволило создать открытую сосудистую сеть.
Далее ученые повторили процесс печати, используя гладкомышечные клетки для оболочки сосудов и эндотелиальные клетки для внутренней поверхности, чтобы создать биомиметические сосуды в живой сердечной ткани. После перфузии эндотелиальных клеток внутрь оболочек в течение семи дней сосуды продемонстрировали снижение проницаемости и здоровое функционирование клеток.
Живая сердечная ткань, в которой была распечатана система сосудов, изготавливалась из сотни тысяч строительных блоков органов сердца (OBB) — крошечных сфер, образованных бьющимися клетками человеческого сердца. Эти блоки были спрессованы в плотную клеточную матрицу. После пяти дней перфузии сердечные начали биться OBB синхронно, что свидетельствовало о здоровой и функциональной сердечной ткани.
В будущей работе ученые планируют создать самоорганизующиеся сети капилляров и интегрировать их с сетями кровеносных сосудов, напечатанными на 3D-принтере. По задумке исследователей, это позволит более полно воспроизвести структуру кровеносных сосудов человека в микромасштабе и улучшить функции выращенных в лаборатории тканей.