Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • tsifrovaya-meditsina-2022
  • vsh25
  • Vitacoin

Мини-желудочек

Получить модель сокращающегося сердца очень сложно. Исследователи пробовали разные способы: одни подключали трупные сердца к аппаратам искусственного кровообращения, чтобы заставить их сокращаться, другие прикрепляли к выращенной in vitro сердечной мышце особые пружины, чтобы наблюдать, как она расширяется и сокращается. Каждый подход имеет свои недостатки: «реанимированные» сердца могут биться всего несколько часов, пружины же не воспроизводят силы, действующие на настоящую мышцу.

Группа инженеров, биологов и генетиков под руководством Кристоса Михаса из Бостонского университета разработала новый способ моделирования: они создали камеру сердца на микрожидкостном чипе из комбинации наноинженерных акриловых компонентов и живой ткани человеческого сердца, выращенной из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток. Устройство может дать исследователям более точное представление о том, как работает орган, позволяя, например, отслеживать эмбриональное развитие сердца, изучать патологические изменения или оценивать потенциальную эффективность и побочные эффекты новых методов лечения. Прецизионный однонаправленный микрофлюидный насос (Precision-enabled Unidirectional Microfluidic Pump), или miniPUMP, также может стать прообразом для моделей других органов, от легких до почек.

Человеческое сердце генерирует сложные усилия для перекачивания крови через тело, и хотя известно, что сердечная мышца изменяется в худшую сторону в ответ на аномальные силы, например, из-за высокого артериального давления или недостаточности клапанов, было трудно моделировать и изучить эти патологические процессы. 

MiniPUMP функционирует как желудочек сердца. Его площадь составляет всего 3 квадратных сантиметра. Изготовленные с помощью трехмерной печати акриловые компоненты помещены на тонкую пластину, содержащие миниатюрные клапаны, способные открываться и закрываться, чтобы контролировать поток жидкости, и маленькие трубки, несущие эту жидкость точно так же, как это делают в организме артерии и вены. А заставляют жидкость перемещаться сокращающиеся кардиомиоциты, выращенные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.

На видеоролике слева – сам мини-желудочек, справа – движение жидкости в акриловом сосуде.

Основой miniPUMP является акриловый каркас, который поддерживает сердечную ткань и движется вместе с ней по мере ее сокращения. Это серия сверхтонких концентрических спиралей, соединенных горизонтальными кольцами.

miniPUMP.jpg

Крупномасштабная копия каркаса, поддерживающего сердечную ткань.

Чтобы напечатать каждый из компонентов, группа использовала двухфотонное прямое лазерное письмо – более точную версию трехмерной печати. Свет, попадая на жидкую смолу, приводит к ее затвердеванию; поскольку свет может быть направлен с высокой точностью, многие компоненты miniPUMP измеряются в микронах.

Решение сделать каркас таких малых размеров, а не в натуральную величину или больше, было преднамеренным и имеет решающее значение для функционирования модели. Дело в том, что тонкая нить, изготовленная из самого жесткого материала, становится гибкой. Акрил может быть очень жестким, но в масштабах, заданных в miniPUMP, акриловый каркас способен сжиматься бьющимися кардиомиоцитами.

Модель лучше воспроизводит механические функции сердца и в то же время дает возможность моделировать сердца отдельных людей. С помощью этой системы можно подбирать лечение для конкретного пациента, если для создания кардиомиоцитов брать клетки у него.

Следующая цель авторов miniPUMP – усовершенствование технологии и повышение надежности системы.

Статья C.Michas et al. Engineering a living cardiac pump on a chip using high-precision fabrication опубликована в журнале Science Advances.

Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Boston University: New Miniature Heart Could Help Speed Heart Disease Cures.


назад

Читать также:

Кардиоиды

Самоорганизующиеся органоиды сердца показали потенциал для использования в качестве моделей врожденных заболеваний in vitro.

читать

Растем вместе с хозяином

Новые сердечные клапаны могут предотвратить необходимость повторных операций у тысяч детей с врожденными пороками сердца.

читать

Органоид эмбрионального сердца

Швейцарские исследователи вырастить не «взрослое» сердце, а его эмбриональный аналог, создав так называемый гаструлоид.

читать

Микросердца сокращаются

В органоиде сформировались все основные типы сердечных клеток, а также структуры, похожие на коронарные сосуды и камеры сердца.

читать

Сердце для гномика

Специалисты компании BIOLIFE4D смогли напечатать полнофункциональное человеческое сердце. Правда, пока что в миниатюре.

читать