Биоинженеры разрабатывают новую горячую технологию для дистанционного управления позиционированием и синхронизацией функций клеток для создания трехмерных искусственных живых тканей.
Лаборатории Келли Стивен из Медицинского института стволовых клеток и регенеративной медицины Университета штата Вашингтон в Сиэтле и Джордана Миллера из Университета Райса в Хьюстоне сотрудничают в разработке биопечатных органоподобных тканей, таких как конструкции печени и легких.
В лаборатории Стивена есть долгосрочное видение построения тканей печени, имитирующих некоторые из многих сложных функций органа. Эти искусственные ткани можно использовать, например, для изучения того, как лекарства или токсины действуют на печень.
Этот жизненно важный орган подвержен повреждениям от инфекций, лекарств, ядов и обычных интоксикантов, таких как алкоголь. Болезни печени поражают более 500 миллионов человек во всем мире и являются причиной более 2 миллионов смертей ежегодно.
В конце концов, исследователи хотели бы создать искусственные ткани, которые можно было бы имплантировать хирургическим путем, чтобы они взяли на себя утраченные функции больной печени.
Стивенс — доцент кафедры биоинженерии, которой совместно руководят Инженерный колледж Вашингтонского университета и Медицинская школа UW. Также она работает в отделении лабораторной медицины и патологии медицинского вуза.
Инфракрасная томография перфузированного теплом гидрогеля показывает, что во время перфузии тепло отслеживает путь потока жидкости. В этом случае пространственная геометрия каналов образует куб. Предоставлено: Дэниел Корбетт.
Она объяснила, что сложности, связанные с печенью, создают препятствия для биоинженеров, занимающихся искусственными органами. Как вы побуждаете клетки принимать на себя различные функциональные роли и пространственные положения по мере того, как орган принимает форму?
Точно так же, как у сотрудников на фабрике разные обязанности и разные места работы, в печени различаются группы клеток. Клетки печени получают задания от ключевых генов, которые через профили экспрессии белков направляют их в назначенные им места для выполнения своих обязанностей.
То, как гены реагируют на сигналы, определяющие судьбу клетки, и как происходит эта передача информации, становится все более понятным. Однако заставить ячейки выполнять эту передачу информации по запросу было труднодостижимым. Это особенно актуально для сложноорганизованных систем.
«Печень выполняет сотни важнейших функций», — отмечают исследователи в резюме своего проекта. Для этого между клетками печени существует разделение труда .
«Восстановление печени остается огромной проблемой», — заявили ученые. Поле еще не способно создать мелкие детали, такие как отдельные метаболические зоны в естественной печени. Исследователи также отметили, что для создания печени их специалисты должны лучше понимать, как устроен орган и его физиология регулируется экспрессией генов в клетках.
В журнале Science Advances от 30 сентября Стивенс и аспирант биоинженерии Университета штата Вашингтон Дэниел Корбетт вместе со своими сотрудниками из Университета Райса сообщают о своем последнем творении биопечати. Это терможидкостная технология, которая генерирует образцы, имитирующие генетические профили, обнаруженные в печени человека.
Играть
00:00
03:19
Без звука
Настройки
PIP
Войти в полноэкранный режим
Играть
Биоинженеры рассказывают и показывают, как они разрабатывают новейшую технологию использования тепловой энергии для удаленного управления позиционированием и синхронизацией функций клеток для создания трехмерных искусственных живых тканей. Спикерами являются Келли Стивенс, доцент кафедры биоинженерии и патологии Медицинского факультета Вашингтонского университета, и аспирант Дэниел Корбетт. Оба являются исследователями Медицинского института стволовых клеток и регенеративной медицины Университета штата Вашингтон в Сиэтле. Предоставлено: Рэнди Карнелл и Кэти Чен / UW Medicine.
Они разработали жидкостные системы с трехмерной печатью для подачи проникающего тепла. Энергия этих систем — как миниатюрные версии паровых радиаторов в старых квартирах — позволяет исследователям управлять генетической структурой клеток глубоко внутри искусственных тканей .
Технология использует тепловые шаблоны для запуска экспрессии генов. Передача тепла от печатных сетей внутри тканей активирует трансгены встроенных клеток, которые индуцируются теплом.
Эти манипуляции могут показать, как формирование генетического паттерна внутри разных клеток управляет сегрегацией тканей и различными функциями печени. Эти знания могут в будущем не только предложить идеи для создания новых рабочих органов из стволовых клеток, но и для удаленного управления имплантированными тканями органов для достижения желаемого терапевтического эффекта.
Исследователи называют свою технологию теплообменниками для активации транскрипции или HEAT. Пути, которые они активировали в своем последнем проекте, представляют собой определенные так называемые сигнальные сети Wnt, важные для регулирования развития, поддержания и регенерации тканей тела во всем животном царстве.
Исследователи заявили, что, хотя опубликованные ими результаты показывают потенциал ТЕПЛО, они столкнулись с ограничениями в полном контроле теплопередачи своей системы первого поколения в пространстве и времени.
Они считают, что модификации конструкции могут преодолеть некоторые из существующих ограничений. Этот подход также может быть связан с другими достижениями в тканевой инженерии.
Они надеются, что дальнейшие успехи в решении загадки стимуляции генных цепей клеток внутри трехмерных тканей, как они пишут, «ускорят разработку моделей искусственных тканей печени, которые могут широко повлиять на базовую и трансляционную биомедицину человека». Они считают, что такие достижения откроют новые возможности для биопроизводства трехмерных тканей и органов.
Загрузка...
