Трахея-конструктор
Трахея взрослого человека состоит из 18-22 хрящевых колец, изнутри покрытых слизистой оболочкой, которая увлажняет и очищает вдыхаемый воздух.
Стеноз трахеи – исход многих травм и заболеваний, проявляющийся в сужении просвета и затруднении дыхания. Тактика лечения зависит от степени стеноза, в тяжелых случаях необходимо хирургическое иссечение суженного участка трахеи. Актуальным является вопрос: чем закрывать дефект после такой операции?
В настоящее время нет искусственных или естественных материалов, подходящих для долгосрочного лечения крупных дефектов трахеи.
Для успешной пересадки трахеи трансплантат должен иметь упругие стенки, чтобы избежать их слипания. Кроме того, он должен быть выстлан изнутри ресничным эпителием, который выполнял бы функции слизистой оболочки естественной трахеи и не подвергался бы атаке со стороны иммунной системы организма реципиента. Критически важно, чтобы сосуды организма оплели трансплантат и обеспечивали дыхание и питание клеток трахеи.
Группа исследователей из Западного резервного университета Кейза в Кливленде (США) под руководством Эбена Алсберга (Eben Alsberg) разработала способ создания жизнеспособной искусственной трахеи.
Они использовали микросферы из биополимера для доставки факторов роста хрящевой ткани к взрослым мезенхимальным стволовым клеткам человека. Взаимодействие факторов роста со стволовыми клетками приводило к управляемому росту хрящевых колец. Диаметр, толщину и механические параметры колец можно регулировать.
Для формирования слизистой оболочки трахеи исследователи использовали клетки ресничного эпителия бронхов.
После пересадки необходимо питание и дыхание клеток трансплантата. Это возможно только в случае формирования микроциркуляции – густой сети капилляров, оплетающих клетки. Исследователи культивировали эндотелиальные клетки пупочной вены человека с мезенхимальными стволовыми клетками. В результате были получены предшественники сосудов.
Схема искусственной трахеи: l – хрящевое кольцо, ll – хрящевое кольцо с эпителием, lll – хрящевое кольцо с эпителием и предшественниками сосудов.
Трахея подобно конструктору собирается из звеньев, каждое из которых представляет собой хрящевое кольцо, выстланное ресничным эпителием, с предшественниками сосудов.
Следует отметить, что искусственно выращенный из стволовых клеток хрящ сопоставим, а по некоторым параметрам превосходил натуральную ткань по прочности и механическим свойствам.
Исследователи трансплантировали фрагмент искусственно выращенной трахеи под кожу мышей. Сосуды организма после пересадки начинали формировать анастомозы с сосудами трахеи, таким образом начиналось кровоснабжение трансплантата.
Создание органа, который способен интегрироваться с организмом реципиента, дает надежду на излечение целого ряда заболеваний трахеи. Кроме того, описанный метод после модификации можно использовать для создания других полых органов, например, пищевода, кишечника или мочеточника.
Статья A. D. Dikina et al. A Modular Strategy to Engineer Complex Tissues and Organs опубликована в журнале Advanced Science.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru.