Replikacja rzeczywistych naczyń krwionośnych w walce z chorobami naczyniowymi

Naczynia krwionośne przypominają sieć miejskich autostrad – pełne zakrętów, rozwidleń, zatorów i zwężeń. Mimo to przez wiele lat modele laboratoryjne odwzorowywały je jako proste, jednolite kanały.

Aby lepiej oddać złożoną architekturę ludzkiego układu naczyniowego, badacze z Wydziału Inżynierii Biomedycznej Uniwersytetu Stanowego Teksasu (Texas A&M University) opracowali nową, dostosowywaną metodę „chipu naczyniowego” (vessel-chip), umożliwiającą precyzyjniejsze badania nad chorobami naczyń i służącą jako platforma do odkrywania nowych leków.

Chipy naczyniowe – mikroskopowe odwzorowanie naczyń krwionośnych

Chipy naczyniowe to zaprojektowane urządzenia mikroprzepływowe, które na mikroskalę imitują ludzką sieć naczyń krwionośnych. Mogą być personalizowane i stanowią alternatywę dla testów na zwierzętach w farmakologii oraz badaniach przepływu krwi. Jennifer Lee, studentka studiów magisterskich z inżynierii biomedycznej, dołączyła do laboratorium dr. Abhisheka Jaina i zaprojektowała zaawansowany chip naczyniowy, który może odzwierciedlać rzeczywiste zmienności anatomiczne naczyń.

– Mamy do czynienia z rozwidlonymi naczyniami, tętniakami charakteryzującymi się nagłym poszerzeniem czy ze zwężeniami naczyń (stenozami). Wszystkie te różnorodne struktury wpływają na wzorce przepływu krwi i powodują zmiany w siłach ścinających, oddziałujących na ściany naczyń – wyjaśnia Lee. – I właśnie to chcieliśmy odwzorować.

Ewolucja technologii i znaczenie badań

Badania Lee zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Lab on a Chip i zaledwie kilka lat po wcześniejszych pracach dr. Tanmaya Mathura, który stworzył prostą wersję chipu naczyniowego. Oba projekty zrealizowano w Laboratorium Bioinspirowanych Translacyjnych Mikrosystemów pod kierunkiem dr. Jaina, który pełni funkcję profesora nadzwyczajnego i stypendysty fundacji Cox na Wydziale Inżynierii Biomedycznej.

– Teraz możemy badać choroby naczyń w sposób, który wcześniej był niemożliwy – mówi dr Jain. – Nie tylko jesteśmy w stanie odwzorować skomplikowaną architekturę naczyń, ale także wprowadzić do ich wnętrza żywe komórki i tkanki. To właśnie w tych miejscach często rozwijają się choroby naczyniowe, więc ich zrozumienie ma kluczowe znaczenie.

Pasja, edukacja i dalszy rozwój

Lee rozpoczęła pracę w laboratorium jako studentka wyróżniająca się na studiach licencjackich, poszukująca doświadczenia badawczego. Choć początkowo nie znała platformy „organ-on-a-chip”, szybko dostrzegła jej potencjał i kontynuowała pracę badawczą w ramach szybkiej ścieżki studiów magisterskich.

– Jennifer wykazała się wytrwałością, ciekawością i kreatywnością, szybko podejmując się ambitnych projektów. Nasz program typu fast-track umożliwia studentom podejmowanie ryzykownych, ale znaczących badań i osiąganie publikowalnych wyników – mówi Jain.

Choć obecna wersja chipu zawiera tylko komórki śródbłonka (komórki wyściełające naczynia krwionośne), Lee i Jain planują rozszerzenie modelu o inne typy komórek, aby zbadać ich wzajemne interakcje i wpływ na przepływ krwi.

– Posuwamy się naprzód, tworząc to, co nazywamy czwartym wymiarem organów-na-chipie – nie tylko koncentrujemy się na komórkach i przepływie, ale także na ich interakcji w bardziej złożonej strukturze anatomicznej, co stanowi nowy kierunek badań – dodaje Jain.

Praktyczne umiejętności i interdyscyplinarność

Lee podkreśla, że oprócz wiedzy naukowej, zdobyła również liczne umiejętności miękkie, takie jak praca zespołowa, komunikacja czy samodzielność w prowadzeniu projektów. – To świetne środowisko do współpracy z innymi studentami, doktorantami i naukowcami. Mamy dostęp do znakomitych laboratoriów badawczych i inspirujących mentorów – mówi.

Badania były finansowane przez U.S. Army Medical Research Program, NASA, Biomedical Advanced Research and Development Authority, National Institutes of Health, FDA, NSF oraz Texas A&M University Office of Innovation Translational Investment Funds.

Źródło: Lab on a Chip, Texas A&M College of Engineering

DOI: 10.1039/D4LC00968A