Тканевая инженерия является одним из наиболее перспективных направлений в создании искусственных тканей и органов. Главным препятствием на пути выращивания заменителей в лабораторных условиях является то, что клетки стремятся создать плоские структуры, тогда как врачам нужны трехмерные. Ученые из Института медицинских наук и технологий при Гарварде (HST) придумали, как управлять этим процессом.

Они разработали технологию, которая очень проста и напоминает процесс строительства игрушечных домиков из кубиков детского конструктора. Роль бетона или раствора, связывающего при затвердевании клеточные кирпичики, выполняет гелеобразный материал.

Автором технологии создания трехмерных клеточных структур, уже получившей название «микрокладка», является профессор Али Хадемхоссейни, описавший технологию и результаты своих экспериментов в сетевом журнале Advanced Materials. Крошечные клеточные кирпичики, созданные Хадемхоссейни, обладают большим потенциалом для создания искусственных тканей и органов. На первом этапе ученым из HST нужно было получить отдельные клетки. Они разделили биоткань на отдельные клетки при помощи особых ферментов. Освободившиеся клетки, однако, крайне трудно собрать вместе и придать им форму естественных тканей и органов.

Ранее некоторым исследователям удавалось довольно успешно создавать простые ткани и органы, такие как кожу, хрящи или мочевой пузырь, при помощи специальных каркасов из растворимого биоматериала. Эта технология вполне надежна, но, к сожалению, применима лишь для выращивания простых тканей и органов.

В качестве связующего клетки раствора ученые из Гарварда применили в своем биологическом конструкторе полимер полиэтиленгликоль (ПЭГ), который в зависимости от средней молекулярной массы может быть и вязкой жидкостью, и твердым веществом. Он применяется в ракетном топливе, растворителях, в медицине и косметике в качестве основы для мазей. Али Хадемхоссейни использовал в своей технологии полимер в жидком виде, который под действием обычного света превращается в гель. Когда покрытые ПЭГ клетки подвергаются воздействию света, полимер затвердевает в клеточные кубики с длиной ребра от 100 до 500 микрометров, т.е. миллионных долей метра.

Далее из полученных при помощи полимера клеточных кубиков создают пространственные структуры необходимой формы. При этом используются шаблоны из полидиметилсилоксана (ПДМС), линейного полимера на основе кремния, который широко применяется во многих отраслях науки и техники, в т.ч. в медицине. И клеточные кубики, и ПДМС вновь покрывают полиэтиленгликолем. Он действует в качестве клея и соединяет кубики, пока они плотно заполняют каркас ПДМС.

После того как клеточные кубики принимают необходимую форму, их вновь подвергают воздействию света. ПЭГ, соединяющий кубики, превращается в гель. После удаления шаблона клеточная структура сохраняет нужную форму.

Али Хадемхоссейни с коллегами уже создал при помощи своей технологии клеточные трубки, которые могут выполнять роль капилляров. Это поможет решить одну из наиболее серьезных проблем с инженерно созданными органами -- снабжение их кровью. Иначе органы погибают.

Ученые еще до исследований Хадемхоссейни научились получать сложные трехмерные ткани. Однако эта технология, называемая печатью органов, сложна и невозможна без специального устройства -- биопринтера. Технология же Хадемхоссейни не нуждается ни в каком специальном оборудовании, проста, и ею можно пользоваться в любой лаборатории.

Когда из полученных при помощи микрокладки искусственных тканей можно будет создавать органы, способные заменить донорские органы, пока неясно. Сейчас Али Хадемхоссейни с помощниками проверяет ее эффективность для разных видов клеток. Кроме этого, ученые ищут полимеры, которые могут заменить полиэтиленгликоль и позволят лучше управлять структурированием клеток.