МАДРІД, 3 січня (EUROPA PRESS) -
Вивчаючи хвороби або тестуючи потенційну лікарську терапію, дослідники зазвичай звертаються до клітин, вирощених у чашках Петрі, або експериментів на лабораторних тваринах, але нещодавно вони розробили інший підхід: невеликі пристрої, розташовані на чіпі, що імітують функції людських органів, які служать як потенційно дешевші та ефективніші інструменти.
Зараз група дослідників із Сінгапуру створила новий пристрій, який особливо добре відтворює атеросклероз, звуження судин, що є основною причиною інфарктів та інсультів. У статті, опублікованій цього тижня в APL Bioengineering, вони докладно розповідають, як новий пристрій може бути використаний для вивчення важливих запальних реакцій у клітинах, які вистилають кровоносну судину способами, яких неможливо зробити на моделях тварин.
Дослідницька група також пояснює, як цей орган на чіпі може покращити аналіз крові для пацієнтів. "Атеросклероз - це дуже важлива і складна хвороба", - каже один із дослідників, Хан Вей Хоу, інженер-біомедик з Технологічного університету Наньян у Сінгапурі. Він розвивається, коли жир, холестерин та інші речовини в крові утворюють наліт, який накопичується на внутрішніх стінках артерій. Це скупчення стискає судину, викликаючи серцево-судинні захворювання.
Розуміння того, що регулює це ненормальне звуження судин, має вирішальне значення для вивчення та лікування захворювання та запобігання гострій зупинці серця. Хоча раніше дослідники розробляли моделі кровоносних судин, організованих на чіпі, ці пристрої більше зосереджувались на відтворенні біологічної складності судин, ніж на їх формі та геометрії, які є ключовими факторами атеросклерозу, за словами Хоу. "Він включає не тільки біологічний аспект дисфункції ендотелію, але й біомеханіку кровотоку", - зазначає він.
Для вирішення проблеми кровотоку дослідники побудували пристрій, який вміщує єдину мікросхему площею один дюйм, що складається з двох складених камер, розділених тонкою гнучкою полімерною мембраною. У нижній частині міститься повітря, а у верхній - рідина, близька за механічними властивостями до крові.
Усередині заповненої рідиною камери у верхній частині мембрани вчені вирощують ендотеліальні клітини, клітини, які вистилають внутрішню частину судин. Дослідники перекачують повітря в нижню камеру, завдяки чому мембрана розтягується, як повітряна куля, і утворює міхур, який блокує потік рідини. Цей процес імітує звуження судини.
Камера, заповнена рідиною, стискається, внаслідок чого рідина тече швидше в одних регіонах і повільніше в інших. Коли дослідники вирощували клітини при безперервному, але повільному потоці рідини, ендотеліальні клітини мали змогу рости та експресувати білок під назвою ICAM-1; цей білок пов’язаний із запаленням і важливий у розвитку атеросклерозу.
БІЛЬШЕ МОНОЦИТІВ, КОЛИ КРОВЬ ЗНИЖАЄТЬСЯ
Автори виявили, що коли вони замінювали середовища клітинних культур на кров людини, більше імунних клітин називали моноцитами, прикріпленими до ендотеліальних клітин у регіонах із низьким потоком. Моноцити головним чином відповідають за накопичення ліпідів, які з часом перетворюються в наліт, що викликає атеросклероз.
Ці результати на чіпі відповідають загальновизнаній картині захворювання: зміна кровотоку в звужених судинах сприяє запаленню судин, що стимулює набір моноцитів для створення бляшок. "Нова модель може більш точно імітувати атеросклероз, оскільки [дослідник] може тонко налаштувати контроль тиску повітря", - підкреслює Хоу. Цей пристрій може допомогти дослідникам краще зрозуміти атеросклероз та розробити нові методи лікування.
"[Пристрій] має багато перспектив з точки зору діагностики", прогнозує Хоу. В якості експерименту, що підтверджує концепцію, дослідники перекачували кров, якій вводили TNF-альфа, білок, який є ознакою запалення, у свій пристрій. Запалена кров призводила до клітин ендотелію прикріпити більше імунних клітин, ніж зазвичай.
Вимірювання кількості прикріплених імунних клітин може виявити рівень запалення в крові, показник раннього атеросклерозу. На відміну від інших тестів, які підраховують лише кількість імунних клітин, що циркулюють у крові, ця методика може більш точно оцінити ранні імунні відповіді у пацієнтів.