Международная исследовательская группа под руководством лаборатории Левенберга на факультете биомедицинской инженерии Техниона (Израильского технологического института) разработала первый в своем роде трехмерный имплантат, сочетающий мышечную и жировую ткани, лимфатическую сеть и иерархическую сеть кровеносных сосудов. Результаты исследований опубликованы в журнале Cell Biomaterials.
В настоящее время стандартным методом лечения значительной потери тканей является забор аутологичного лоскута — ткани, взятой из здорового участка тела пациента, — и его пересадка на поврежденный участок. Этот подход используется потому, что пересадка ткани от другого человека приводит к иммунному отторжению и связанным с этим осложнениям. Таким образом, новая разработка предлагает важное решение проблемы значительной потери тканей.
По словам профессора Шуламит Левенберг, руководителя исследовательской группы, «наша разработка представляет собой значительный шаг на пути к созданию сложных имплантируемых тканей для случаев потери мышечной и жировой ткани в результате травм, ожогов, резекции опухолей и многого другого. Технология, представленная в статье, в будущем может позволить создавать персонализированные лоскуты, адаптированные к конкретным особенностям травмы отдельного пациента».
Лоскут представляет собой имплантат, содержащий иерархическую сосудистую систему, что является существенным преимуществом с точки зрения интеграции с поврежденным участком имплантации. Без такой системы имплантат не получает немедленно необходимый кислород и питательные вещества, а клеточные отходы не удаляются должным образом.
Новый лоскут, описанный в журнале Cell Biomaterials, является первым, включающим лимфатическую сеть — важнейшую систему, отводящую жидкость из межклеточного пространства. Этот лоскут объединяет лимфатическую сеть с сетью кровеносных сосудов, мышечной и жировой тканями в единую структуру, а также артериовенозную петлю, которая напрямую соединяется с кровоснабжением в месте имплантации. Вся конструкция точно имитирует отсутствующую естественную ткань, включая внеклеточный матрикс (ВКМ), благодаря оптимизации процесса печати, как при проектировании напечатанной структуры, так и при калибровке шприцев, контролирующих размещение клеток внутри лоскута.
В экспериментах на крысах исследователи продемонстрировали, что соединение лоскута с целевым органом приводит к быстрой интеграции, включая непрерывную доставку кислорода и питательных веществ, стабильный кровоток, нормальное развитие мышц и стабильность жировых клеток. Результат: лоскут стал неотъемлемой частью места имплантации и окружающих тканей, как с эстетической, так и с функциональной точки зрения.
Исследование проводилось под руководством профессора Левенберга, заведующего Лабораторией тканевой инженерии и стволовых клеток Техниона и всемирно известного эксперта в разработке композитных тканевых лоскутов; доктора Элианы Фишер, врача и выпускницы медицинского факультета имени Рут и Брюса Раппапортов в Технионе, в настоящее время аспирантки этой лаборатории; и докторанта Анны Цукерман, выпускницы биологического факультета, начавшей свою докторскую диссертацию после шести лет работы в биомедицинской отрасли.
Исследователи использовали уникальные биочернила на основе компонентов внеклеточного матрикса (ВКМ), которые имитируют естественную тканевую среду и позволяют печатать мышечную и жировую ткань таким образом, чтобы способствовать дифференцировке клеток. Для оптимального развития сосудистой системы команда напечатала искусственно созданную кровь и разработала прототип биореактора , где клетки культивировались в условиях потока, имитирующих естественный кровоток в организме и способствующих созреванию эндотелиального слоя.
На следующем этапе лоскуты имплантировали крысам и напрямую соединяли с артерией и веной в целевом месте. Результатом, как уже отмечалось, стала беспрецедентная интеграция лоскута в организм. Примечательно, что, хотя эксперимент проводился на крысиной модели, созданные ткани были получены из человеческих клеток, чтобы оценить возможность применения технологии на людях. В настоящее время группа начала тестирование технологии на крупных животных в качестве следующего шага к клиническим испытаниям.
