Учёные-биоинженеры из Университета Миннесоты разработали искусственные кровеносные сосуды, которые после имплантации молодым ягнятами оказались способными к росту внутри реципиента. Если их можно будет пересаживать людям, эти новые сосудистые трансплантаты смогут предотвратить необходимость повторных операций у некоторых детей с врождёнными пороками сердца.
В ходе исследования профессор биомедицинской инженерии Роберт Транквилло и его коллеги создали в лабораторных условиях трубчатые структуры, подобные кровеносным сосудам, из клеток кожи постнатального донора, а затем удалили эти клетки, чтобы минимизировать риск отторжения. Это также означало, что сосуды можно хранить и имплантировать по мере необходимости, без необходимости индивидуального выращивания клеток реципиента. После имплантации ягненку трубка заселялась собственными клетками реципиента, что позволяло ей расти.
«Возможно, это первый случай, когда у нас есть готовый к использованию материал, который врачи могут имплантировать пациенту, и он будет расти в организме, — говорит Транквилло. — В будущем это потенциально может означать одну операцию вместо пяти или более до достижения совершеннолетия».
Для разработки материала для исследования ученые соединили клетки кожи овцы в трубчатую форму, используя желатиноподобное вещество под названием фибрин, а затем в течение пяти недель ритмично подавали питательные вещества, необходимые для роста клеток, с помощью биореактора. Пульсирующий биореактор обеспечивал как питательные вещества, так и «тренировку» для укрепления и повышения жесткости трубки. Биореактор был ключевым компонентом в разработке биоискусственного сосуда, более прочного, чем нативная артерия, чтобы он не разорвался в организме пациента.
Затем исследователи использовали специальные моющие средства, чтобы удалить все клетки овцы, оставив бесклеточный матрикс, не вызывающий иммунной реакции при имплантации. Когда сосудистый трансплантат заменил часть легочной артерии у трех пятинедельных ягнят, имплантированные сосуды вскоре были заселены собственными клетками ягнят, что привело к изменению формы сосуда и его росту вместе с реципиентом до достижения зрелости.
«Важно то, что после имплантации трансплантата овце клетки повторно заселили матрикс трубки кровеносного сосуда, — говорит Транквилло. — Если клетки не заселят трансплантат, сосуд не сможет расти. Это идеальное сочетание тканевой инженерии и регенеративной медицины, когда ткань выращивается в лаборатории, а затем, после имплантации децеллюляризированной ткани, естественные процессы организма реципиента снова делают ее живой тканью».
К 50-недельному возрасту диаметр кровеносного сосуда-трансплантата у овец увеличился на 56%, а объем крови, который мог быть прокачан через сосуд, увеличился на 216%. Количество коллагенового белка также увеличилось на 465%, что доказывает, что сосуд не просто растянулся, а действительно вырос. Никаких побочных эффектов, таких как образование тромбов, сужение сосудов или кальцификация, не наблюдалось.
Транквилло говорит, что следующим шагом будет определение возможности получения одобрения от Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) для проведения клинических испытаний на людях.