Селезенка-на-чипе
Ежедневно миллиарды эритроцитов проходят через селезенку – орган, который отвечает за фильтрацию старых или поврежденных клеток. Эта задача усложняется, когда эритроциты деформированы, например, при серповидноклеточной анемии, которая поражает миллионы людей по всему миру. Серповидные эритроциты могут закупоривать фильтры селезенки, приводя к потенциально опасной для жизни острой секвестрации в селезенке с последующим стремительным снижением гемоглобина и высоким риском развития гипоксического шока.
Исследователи из Массачусетского технологического института, Наньянского технологического университета в Сингапуре, Института Пастера в Париже и других учреждений разработали микрожидкостное устройство «селезенка-на-чипе», которое может моделировать возникновение острой секвестрации в селезенке.
Засоренные фильтры
Продолжительность жизни эритроцитов составляет около 120 дней, поэтому ежедневно необходимо удалять из кровотока около 1% состарившихся клеток. Для этого кровь проходит через селезенку, в частности, через красную пульпу, которая содержит межэндотелиальные щели – узкие проходы, образованные промежутками между эндотелиальными клетками, выстилающими кровеносные сосуды селезенки. Максимальные размеры отверстий значительно меньше, чем размеры нормальных эритроцитов. Если эритроциты повреждены или деформированы, они застревают в межэндотелиальных щелях и разрушаются макрофагами.
Чтобы смоделировать фильтрационную функцию селезенки, исследователи создали микрожидкостное устройство с двумя модулями: чипом S, который имитирует межэндотелиальные щели, и чипом M, который имитирует макрофаги. Устройство также включает в себя воздушный канал, который может использоваться для регуляции концентрации кислорода в каждом чипе для моделирования условий как в живом организме.
Используя данное устройство, исследователи изучили острую секвестрацию в селезенке, которая возникает примерно у 5% пациентов с серповидно-клеточной анемией, чаще у детей. Они провели через устройство здоровые и серповидные эритроциты пациентов с серповидно-клеточной анемией при регулируемом уровне кислорода. При нормальной концентрации кислорода (20%) серповидные клетки создавали некоторую «пробку» в щелях, но место для прохождения других эритроцитов все еще оставалось. Однако, когда уровень кислорода снизился до 2%, проходы были быстро и полностью заблокированы. Затем исследователи снова увеличили концентрацию кислорода, и блок исчез.
Это может частично объяснить, почему переливание крови, которое приводит к попаданию насыщенных кислородом здоровых эритроцитов в селезенку, помогает пациентам с острой секвестрацией.
Исследователи обнаружили, что в условиях умеренного кислородного голодания (5%) происходит частичная закупорка межэндотелиальных щелей, но этого недостаточно, чтобы вызвать острую секвестрацию в селезенке.
Медленное поглощение
Затем исследователи использовали другой компонент устройства, М-чип, для моделирования встречи эритроцитов с макрофагами в различных условиях. Они обнаружили, что при низком уровне кислорода серповидные эритроциты с гораздо большей вероятностью будут захвачены макрофагами. Но чрезмерно быстрое поглощение большого количества клеток приводит к перегрузке макрофагов и полной утрате способности к очищению протоков. При повышении концентрации кислорода жесткие серповидные эритроциты становятся более мягкими, что позволяет макрофагам легче переваривать их и очищать засоренные фильтры.
В настоящее время исследователи используют селезенку-на-чипе для изучения того, как препараты, используемые для лечения серповидноклеточной анемии (вокселотор, гидроксимочевина), влияют на поведение клеток, которое они наблюдали в этом исследовании. Они также надеются, что однажды это устройство поможет врачам анализировать клетки крови конкретных пациентов и отслеживать динамику заболевания.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам EurekAlert!: “Spleen-on-a-chip” yields insight into sickle cell disease.