Учёные создали искусственные сосуды на чипе с помощью лазера
Учёные создали искусственные сосуды на чипе с помощью лазера
Исследователи из Венского технического университета (TU Wien) в сотрудничестве с Университетом Кейо (Япония) сделали важный шаг вперёд в биомедицине: они разработали новый метод создания искусственных кровеносных сосудов на чипе с помощью фемтосекундных лазеров. Эта технология позволяет формировать сложные трёхмерные сосудистые сети в гидрогелевых матрицах с беспрецедентной скоростью и точностью.
Как работает технология
В традиционных биомедицинских исследованиях уже давно используют чипы с искусственными тканями для моделирования различных процессов организма — например, для тестирования лекарств или изучения воспалительных реакций. Однако создание сосудистой сети внутри таких чипов оставалось сложной задачей: методы вроде 3D-печати или травления занимали много времени и не обеспечивали нужной микрометровой точности.
Учёные решили эту проблему с помощью лазерной абляции: мощный фемтосекундный лазер буквально "выжигает" каналы в гидрогеле, формируя микрососуды диаметром менее 100 мкм. Весь процесс занимает около 10 минут — это примерно в 60 раз быстрее, чем предыдущие технологии.
Особенность метода заключается также в особом двухэтапном температурном режиме затвердевания гидрогеля, который предотвращает деформацию каналов даже после того, как их заселяют эндотелиальными клетками (клетками внутренней выстилки сосудов). Благодаря этому система сохраняет свою функциональность и стабильность.
Подтверждение работоспособности
Чтобы проверить, насколько искусственные сосуды ведут себя как настоящие, исследователи провели серию экспериментов. Например, они добавили в систему маркер воспаления — фактор некроза опухоли альфа (TNF-α), который обычно повышает проницаемость сосудистой стенки. Как и ожидалось, проницаемость искусственных сосудов на чипе действительно увеличилась, что подтверждает, что они способны адекватно реагировать на физиологические сигналы.
Кроме того, команда смогла воссоздать сложные сосудистые структуры, включая сеть, напоминающую сосуды печёночной дольки. Это открывает возможность моделировать обменные процессы в печени, сердце, лёгких и других органах с высокой степенью детализации.
Применение и перспективы
По словам профессора Александра Овсянникова (TU Wien), новая технология создаёт совершенно новые горизонты для фармацевтики и медицины. "Мы теперь можем моделировать обмен веществ, воспалительные реакции и токсичность лекарств гораздо точнее, чем раньше, — объясняет он. — Это особенно важно для сокращения времени и стоимости доклинических испытаний, а также для уменьшения числа тестов на животных".
Уже сейчас несколько крупных фармацевтических компаний проявили интерес к новому методу. В будущем команда планирует объединить лазерную обработку с технологиями биопечати, чтобы создавать многокомпонентные системы, имитирующие целые органы или даже их взаимодействие. Например, это может быть модель сердца с работающими сосудами, моделирующая сердечный выброс, или лёгкие, через которые можно пропускать дыхательную смесь.
Этот прорыв в технологии "органов на чипе" является одним из самых значительных достижений последних лет в биомедицинской инженерии. Он открывает новые возможности для разработки лекарств, фундаментальных исследований и персонализированной медицины. Благодаря искусственным сосудам на чипе учёные смогут наблюдать за процессами внутри организма с микроскопической точностью и находить решения, которые раньше были недоступны. Возможно, уже в ближайшие годы эта технология даст толчок к созданию более безопасных, эффективных и быстро тестируемых лекарственных препаратов.