在合成組織模型中生長(zhǎng)的功能性血管系統(tǒng)

使用實(shí)驗(yàn)室制造的組織來(lái)治愈或更換受損的器官是未來(lái)醫(yī)學(xué)的偉大愿景之一。合成材料可能適合作為組織的支架，因?yàn)榕c天然組織不同，它們?cè)谏矬w中保持穩(wěn)定的時(shí)間足夠長(zhǎng)，以便身體形成新的自然結(jié)構(gòu)。功能性組織的一個(gè)基本要求是血管必須能夠在其中生長(zhǎng)并連接到生物體的血管系統(tǒng)，以便為組織提供適當(dāng)?shù)难鯕夂蜖I(yíng)養(yǎng)。然而，到目前為止，關(guān)于哪些材料特性促進(jìn)血管生長(zhǎng)幾乎一無(wú)所知。由德國(guó)明斯特馬克斯普朗克分子生物醫(yī)學(xué)研究所的生物醫(yī)學(xué)工程師 Britta Trappmann 博士領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)，其中首次，

科學(xué)家們?cè)谝环N特殊的水凝膠中工作，這種水凝膠的特性可以以可控的方式改變，首先從人類(lèi)血管襯里細(xì)胞中培養(yǎng)出母體血管。然后他們研究了人工細(xì)胞環(huán)境的材料特性如何影響額外血管的形成并對(duì)其進(jìn)行微調(diào)。

Britta Trappmann 在總結(jié)主要發(fā)現(xiàn)時(shí)強(qiáng)調(diào)說(shuō)：“合成組織材料必須激活血管細(xì)胞膜中的某些粘附分子，以便細(xì)胞從母血管中成群遷移并形成管狀結(jié)構(gòu)。同時(shí)，該材料必須可充分降解，使細(xì)胞形成足夠大小的血管”。為了模擬細(xì)胞的自然環(huán)境，許多額外的生物分子和細(xì)胞必須在后續(xù)步驟中整合到模型系統(tǒng)中——這些可能是信號(hào)蛋白、免疫細(xì)胞或穩(wěn)定血管的細(xì)胞。“此外，所有這些因素的影響都與自然組織有關(guān)，并且因器官而異，”Britta Trappmann 解釋說(shuō)。她說(shuō)，了解所有這些是一個(gè)長(zhǎng)期目標(biāo)，但最終，

由水凝膠制成的三維組織框架

在這項(xiàng)研究中，研究人員改進(jìn)了 Britta Trappmann 在美國(guó)波士頓大學(xué)和哈佛大學(xué)擔(dān)任博士后期間與同事共同開(kāi)發(fā)的模型系統(tǒng)。它由一個(gè)三維糖基水凝膠組成，科學(xué)家們用針灸針在其中制作了兩個(gè)通道。每個(gè)通道的直徑為 400 微米，它們以大約 1 毫米的距離相互平行延伸。在一個(gè)通道中，科學(xué)家們播種內(nèi)皮細(xì)胞，這些細(xì)胞排列在天然組織中的血管中。“內(nèi)皮細(xì)胞彼此形成接觸并附著在通道中的合成組織環(huán)境中，從而在大約一天后形成母血管，”布里塔特拉普曼解釋說(shuō)。當(dāng)這件事發(fā)生時(shí)，

然后，科學(xué)家們想找出水凝膠的哪些特性決定了遷移的內(nèi)皮細(xì)胞是否真的形成了新的血管。他們研究了細(xì)胞膜中所謂的粘附分子的激活所起的作用，細(xì)胞通過(guò)這些分子粘附在周?chē)h(huán)境中。研究人員首先用不同數(shù)量的肽豐富了水凝膠組織框架，這些肽激活了在內(nèi)皮細(xì)胞膜中發(fā)現(xiàn)的某種類(lèi)型的粘附分子，稱(chēng)為整合素。

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