Биоинженеры разработали мини-лабораторию для выращивания человеческих тканей
Ученые из Университета Вашингтона и UW Medicine разработали компактное 3D-печатное устройство STOMP (Suspended Tissue Open Microfluidic Patterning), которое позволяет создавать сложные модели человеческих тканей в лаборатории. Этот прорыв, опубликованный в журнале Advanced Science, дает исследователям точный контроль над расположением клеток, открывая путь к изучению сложных заболеваний — таких как рак и нервно-мышечные расстройства.
Что создали ученые
STOMP — это устройство, размером около 1 см, которое усовершенствует тканевую инженерию, позволяя создавать модели тканей с несколькими типами клеток, расположенными с точностью до 50 микрометров. Оно работает как «форма для желе», но вместо заливки использует капиллярное действие — эффект, подобный тому, как вода поднимается по соломинке. Это позволяет размещать разные клетки в заданных зонах — словно кулинар равномерно распределяет фрукты в десерте.
Исследователи протестировали STOMP в двух экспериментах. В первом они сравнили сокращения здоровой и больной сердечной ткани, показав, что больные клетки сокращаются на 30 % слабее. Во втором — создали модель пародонтальной связки, соединяющей зуб с костью, с точным разделением костных и соединительных клеток. STOMP использует гидрогель — смесь живых клеток и синтетических материалов, — который подвешивается между двумя столбиками, имитируя естественную среду тканей.
Ключевая особенность — разлагаемые стенки устройства, разработанные группой Коула Дефореста. После формирования ткани стенки растворяются, оставляя ткань нетронутой, что предотвращает ее деформацию.
Гидрогель, содержащий клетки, затвердевает в канале, а разлагаемые стенки позволяют извлечь ткань без повреждений.
«Обычно клетки в 3D-геле сжимают ткань, отрываясь от стенок, но не все клетки достаточно сильны для этого. Это делает STOMP универсальным для моделирования слабых тканей, таких как нервы или сосуды», — объясняет Нейт Снядецкий, соавтор исследования.
Тканевая инженерия стремится воссоздать в лаборатории условия, близкие к человеческому телу, чтобы тестировать лекарства или изучать болезни. Традиционные методы, подвешивающие клетки в геле между столбиками, не позволяли комбинировать разные типы тканей, ограничивая моделирование сложных структур — таких как нервно-мышечные соединения или фиброз сердца. STOMP решает эту проблему, обеспечивая точное размещение клеток и создание биологических интерфейсов, например кости и связки.
«Этот метод открывает новые возможности для тканевой инженерии и исследований клеточной сигнализации», — говорит Эшли Теберге, профессор химии и соавтор исследования.
Устройство позволяет изучать, как клетки реагируют на механические сигналы (например, натяжение) и химические стимулы — что важно для понимания болезней. Например, моделирование фиброзной ткани сердца может показать, почему она теряет эластичность, вызывая сердечную недостаточность.
Ученые предполагают, что новая технология может стать стандартом в тканевой инженерии благодаря простоте и доступности — его можно напечатать на 3D-принтере. Ученые планируют использовать его для моделирования рака, где важна граница между здоровыми и опухолевыми клетками, или нервно-мышечных болезней, таких как БАС. Технология также ускорит тестирование новых лекарств, сокращая время разработки на 20–30%.
Биоинженеры впервые напечатали межпозвоночные диски из водорослей и коллагена
