Исследователи Вашингтонского университета в Сиэтле и Университета Райса в Хьюстоне совместно работают над совершенствованием биопечати органоподобных тканей печени и легких. Эти искусственные ткани можно использовать, например, для изучения того, как лекарства или токсины действуют на печень. Конечной целью исследователей является создание искусственных тканей, которые могли бы взять на себя утраченные функции больного органа, в частности, печени, и которые можно было бы имплантировать пациентам хирургическим путем.
Печень имеет сложное строение и выполняет сотни функций. Ее клетки получают инструкции от генов, которые посредством экспрессии белков направляют их в назначенные места для выполнения определенных действий.
Механизмы генной регуляции и передачи информации клеткам становятся все более понятными. Однако запустить эти пути по желанию исследователей не получалось.
В новом исследовании была разработана терможидкостная технология биопечати, которая создает ткани, имитирующие сигнальные пути, обнаруженные в печени человека.
Исследователи разработали жидкостную систему с трехмерной печатью для подачи проникающего тепла. Энергия этой системы позволяет манипулировать генетической структурой клеток глубоко внутри искусственных тканей. Для этого используются тепловые шаблоны для запуска экспрессии генов. Тепло от напечатанной матрицы активирует гены помещенных в нее живых клеток, которые индуцируются повышением температуры.
Извитой гидрогелевый канал, заполненный терможидкостью, флюоресцирует под ультрафиолетовым светом (слева), а инфракрасная томография теплоперфузированного гидрогеля показывает, что тепло излучается вдоль потока жидкости и рассеивается в объемном гидрогеле. Рисунки из статьи в Science Advances.
Эти манипуляции могут показать, как формирование генетического паттерна внутри разных клеток влияет на разделение тканей по выполняемым функциями. В будущем подход можно будет использовать для создания органов из стволовых клеток, а также для удаленного управления имплантированными тканями и достижения желаемого терапевтического эффекта.
Технология теплообмена для активации транскрипции (Heat Exchangers for Actuation of Transcription, HEAT) в эксперименте активировала сигнальный путь Wnt, который, как объясняют исследователи, важен для регулирования развития, гомеостаза и регенерации тканей во всем животном царстве.
Таким образом, HEAT – это независимый способ управления экспрессией генов. Элегантность технологии заключается в том, что она использует перенос массы с потоком тепловой энергии, а оба этих явления подчиняются схожим законам физического обмена.
Инфракрасная томография гидрогеля, перфузированного кубическим терможидкостным каналом.
Исследователи пишут о недостатках HEAT, в частности о невозможности полного контроля времени и места подачи тепла. Но они считают, что модификации дизайна помогут преодолеть некоторые из существующих ограничений. Этот подход также можно сочетать с другими достижениями в тканевой инженерии, вместе они предоставят новые возможности для биопроизводства трехмерных тканей и органов.
Статья D.C.Corbett et al. Thermofluidic heat exchangers for actuation of transcription in artificial tissues опубликована в журнале Science Advances.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам UW Medicine: The heat is on for building 3D artificial organ tissues.
