МАДРИД, 3 януари (EUROPA PRESS) -
Когато изучават болести или тестват потенциални лекарствени терапии, изследователите обикновено се обръщат към клетки, отглеждани в чаши на Петри или експерименти върху лабораторни животни, но наскоро те са разработили различен подход: малки устройства, подредени на чип, имитиращи функциите на човешки органи, които служат като потенциално по-евтини и по-ефективни инструменти.
Сега екип от изследователи от Сингапур е създал ново устройство, което е особено добро за пресъздаване на атеросклероза, свиване на кръвоносните съдове, което е водещата причина за инфаркти и инсулти. В статия, публикувана тази седмица в APL Bioengineering, те подробно описват как новото устройство може да се използва за изследване на важните възпалителни реакции в клетките, които подреждат кръвоносните съдове по начини, които не могат да бъдат направени при животински модели.
Изследователският екип също обяснява как този орган на чип може да подобри кръвните тестове за пациентите. „Атеросклерозата е много важно и сложно заболяване“, казва един от изследователите Хан Уей Хоу, биомедицински инженер в Технологичния университет Нанянг в Сингапур. Той се развива, когато мазнините, холестеролът и други вещества в кръвта образуват плака, която се натрупва по вътрешните стени на артериите. Това натрупване свива кръвоносните съдове, причинявайки сърдечно-съдови заболявания.
Разбирането на това, което регулира това необичайно свиване на кръвоносните съдове, е от решаващо значение за изучаване и лечение на заболяването и предотвратяване на остър сърдечен арест. Въпреки че изследователите преди това са разработили модели на кръвоносни съдове, организирани върху чип, тези устройства са се фокусирали повече върху пресъздаването на биологичната сложност на съдовете, отколкото върху тяхната форма и геометрия, които са ключови фактори за атеросклерозата, според Hou. "Той включва не само биологичния аспект на ендотелната дисфункция, но и биомеханиката на кръвния поток", посочва той.
За да се справят с притока на кръв, изследователите са построили устройство, което пасва на един чип с квадратна площ от един инч, състоящ се от две подредени камери, разделени от тънка, гъвкава полимерна мембрана. Долната част съдържа въздух, докато горната част има течност, подобна по механични свойства на кръвта.
В запълнената с течност камера в горната част на мембраната учените растат ендотелни клетки, клетки, които облицоват вътрешността на кръвоносните съдове. Изследователите изпомпват въздух в долната камера, при което мембраната се простира като балон и образува балон, който блокира потока на течността. Този процес симулира стесняване на съд.
Напълнената с течност камера се свива, причинявайки течност да тече по-бързо в някои региони и по-бавно в други. Когато изследователите отглеждат клетките при непрекъснат, но бавен флуиден поток, ендотелните клетки успяват да растат и да експресират протеин, наречен ICAM-1; този протеин е свързан с възпаление и е важен за развитието на атеросклероза.
ОЩЕ МОНОЦИТИ, КОГАТО КРЪВНИЯТ ПОТОК НАМАЛЯВА
Авторите установяват, че когато заместват клетъчната среда с човешка кръв, повече имунни клетки, наречени моноцити, прикрепени към ендотелните клетки в региони с нисък поток. Моноцитите са отговорни главно за натрупването на липиди, които в крайна сметка се превръщат в плака, която причинява атеросклероза.
Тези резултати върху чип са в съответствие с общоприетата картина на заболяването: промененият кръвен поток в свитите съдове насърчава съдовото възпаление, което насърчава набирането на моноцити, за да помогне за създаването на плаки. „Новият модел може по-точно да симулира атеросклероза, защото [изследователят] може да настрои фино регулирането на въздушното налягане“, подчертава Хоу. Това устройство може да помогне на изследователите да разберат по-добре атеросклерозата и да разработят нови лечения.
„[Устройството] има много обещания по отношение на диагностиката“, прогнозира Хоу. Като експеримент за доказателство за концепцията, изследователите изпомпваха кръв, инжектирана с TNF-алфа, протеин, който е признак на възпаление, в устройството си. Възпалената кръв доведе до присъединяването на повече имунни клетки от нормалното към ендотелните клетки.
Измерването на броя на прикрепените имунни клетки може да разкрие нивото на възпаление в кръвта, индикатор за ранна атеросклероза. За разлика от други тестове, които отчитат само броя на имунните клетки, циркулиращи в кръвта, тази техника може по-точно да оцени ранните имунни отговори при пациентите.