科学家找到人造血管精确培育新方法
科学家找到人造血管精确培育新方法
科学界正在寻找从细胞培育活体器官和组织的方法，目的是替换体内病变和受损的对应部分。目前科学家已成功培育出人工肌肉、肝脏、肾脏、皮肤和其他组织。但一直没有可靠的方法来工程化构建精确图案化的血管网络，其中一些血管比人的头发还细。
近日，美国麻省理工学院的科研人员发现，可以通过机械拉伸来工程化构建并控制血管的生长。相关研究成果发表于《美国国家科学院院刊》。该研究为科学家提供了一种工程化构建人造血管并编程其生长图案的新方法。
文章配图。 图源：MIT
该团队构建了一个人类“芯片上的血管”，由人内皮细胞制成的中央动脉组成，该动脉嵌入含有小磁铁的凝胶中。研究人员研究了当他们使用外部磁铁来回拨动凝胶、以移动嵌入凝胶内的磁铁时，主动脉如何响应。
他们发现，反复拨动动脉这一简单的机械动作会刺激动脉出芽形成其他更细小的毛细血管。通过改变动脉被拨动或拉伸的方向，研究人员可以重新引导新生血管的生长方向。而不同程度地拉伸动脉则会影响新生血管出芽的数量。
“健康组织依赖于有序的血管网络，但现有最先进的方案无法在工程化组织内制造出这样的网络。”该论文共同通讯作者、麻省理工学院机械工程副教授Ritu Raman说。“能够利用物理信号编程血管生长，可能使可植入体内的工程化组织的可重复和可规模化制造成为现实，从而在致残性疾病或损伤后恢复功能。”
研究人员构建了一个“芯片上的血管”，比邮票还小，里面填充了类似的富含营养的凝胶，并含有一个小磁铁。他们沿凝胶纵向插入一根细管以形成一个中空通道，并在通道内壁涂覆活的内皮细胞，这些细胞在体内会自然生长并融合形成血管。一旦细胞呈现通道形状，它们就开始在凝胶中出芽形成新的毛细血管样血管。
将该装置放在装有小型悬浮磁铁的电动载物台下，研究人员沿不同方向和不同程度地来回移动磁铁，并观察血管是否以及如何从中央动脉出芽响应。
“主要结论是：来回拉伸血管似乎会增加新生毛细血管的数量。”Raman说。
如果主动脉在凝胶中不加干预，它会在其长度方向上随机位置生长出一些新血管。但当动脉受到拨动时，出芽的血管显著增多。当团队使用磁铁来回拉伸凝胶、幅度为凝胶总宽度的5%时，许多新血管从主动脉长出。当他们拉伸15%时，出芽的血管较少，但长出的血管更长。而当团队改变拉伸方向时，新血管也随之响应转向，跟随团队机械刺激的图案转弯。
“我们发现动起来是好的，这也是我们实验室做的所有事情中始终不变的结论。”Raman说。“机械力在我们的身体中扮演着重要角色。这意味着，如果你想生长更多或更少的血管，或更短或更长的血管，或朝特定方向的血管，我们现在知道如何做到这一点。”
研究团队计划应用该方案来培育有序的血管网络，以供给人工器官和组织。“我们目前正在研究精确图案化血管生长如何帮助改善肌肉功能。”共同作者Jessica Shah说。
相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2532667123