Massachusetts texnologiyalari instituti (MIT) muhandislari mexanik stimullarni qo'llash orqali qon tomirlarining rivojlanishini nazorat qilish imkonini beruvchi innovatsion metodologiya ishlab chiqdilar. Bu yutuq to'qimalarni muhandislikdagi eng katta to'siqlardan biriga yechim topadi: organ va sun'iy to'qimalarni oziqlantirish uchun zarur bo'lgan tuzilgan vaskulyar tizimlarni yaratish.
>Tadqiqotchilar sog'lom yoki shikastlangan inson tanasi qismlarini almashtirish maqsadida hujayralardan tirik to'qimalar va organlarni yetishtirishni maqsad qilmoqda. Ular allaqachon mushaklar, jigar, buyrak va teri kabi turli xil sun'iy to'qimalarni ishlab chiqarishda muvaffaqiyat qozongan bo'lsalar ham, ultra-nozik kapillyarlarni kiritgan holda aniq naqshli qon tomir tarmoqlarini shakllantirish uchun ishonchli usul yo'q edi. Ushbu ta'minot tarmog'i bo'lmasa, sun'iy to'qimalar to'g'ri ishlash uchun yetarli miqdorda ozuqa moddalarini qabul qila olmaydi.
MIT jamoasi mexanik cho'zilishdan foydalanish orqali bu o'sishni rejalashtirish va yo'naltirish mumkinligini namoyish etdi. Ushbu natijalar 'Proceedings of the National Academy of Sciences' jurnalida e'lon qilindi. Eksperimentni o'tkazish uchun olimlar inson endotelial hujayralaridan tashkil topgan markaziy arteriyadan iborat 'chip ichidagi qon tomiri' modelini tuzdilar. Ushbu tuzilma kichik magnitni o'z ichiga olgan ozuqa jeliga joylashtirildi.
Tashqi magnitni harakatlantirib, jel ichidagi ichki magnitni siljitish orqali arteriyani yon tomonga tebranishga majburlash natijasida tadqiqotchilar asosiy tomirning jismoniy stimulg'ga javobini kuzatishdi. Sinovlar arteriyaning takroriy harakati yangi kapillyarlarning paydo bo'lishiga sabab bo'lishini ko'rsatdi. Bundan tashqari, cho'zilish yo'nalishini o'zgartirish orqali bu tomirlarning o'sishini yo'naltirish va cho'zilish intensivligidagi o'zgarishlar yangi kapillyarlar miqdorini modulatsiya qilish imkonini berdi.
Mualliflar bu texnikani sun'iy qon tomirlarini loyihalash va ularning rivojlanish naqshlarini dasturlash uchun yangi yondashuv deb bilishadi. MIT mexanik muhandisligi bo'yicha yordamchi professor va asosiy mualliflardan biri Ritu Raman shuni ta'kidlaydiki, «sog'lom to'qimalar tartiblangan qon tomirlari tarmoqlariga bog'liq, ammo eng ilg'or protokollar bunday tarmoqlarni sun'iy to'qimalar ichida ishlab chiqarishga imkon bermaydi». U qo'shimcha qiladiki, jismoniy stimullar bilan vaskulyar o'sishni dasturlash qobiliyati yaralanishlar yoki og'ir kasalliklar keyin funksiyalarni tiklash uchun implantatsiya qilinadigan to'qimalarni takrorlanuvchi va kengaytiriladigan tarzda ishlab chiqarishni mumkin qilishi mumkin.
Tadqiqotchilar qon tomirlari an'anaviy usullar bilan nusxalash eng qiyin tuzilmalar qatorida qolishini ta'kidlaydilar. 3D printerlar katta arteriyalar va venalarni hosil qila olsa-da, ular juda nozik kapillyarlarning murakkab tarmoqlarini qurish uchun zarur bo'lgan aniqlikka ega emas. Boshqa yo'l, Petri idishlaridagi hujayra madaniyati, bu tuzilmalar aynan qayerda paydo bo'lishini aniq nazorat qilish muammosiga duch keladi. Raman tushuntiradi, garchi o'sishni yo'naltirish uchun o'sish omillari kabi kimyoviy signallar ishlatilishi mumkin bo'lsa-da, aniqlik cheklangan bo'lib, shu sababli boshqa standartlashtiriladigan stimullar talab qilinadi.
Hozirgi tadqiqot avvalgi protokolimizdan rivojlandi, u sun'iy mushak va nervlarni yetishtirish uchun ishlatilgan bo'lib, bunda jelning mexanik harakati hujayra o'sishiga ta'sir qilardi. Yangi eksperimentda pochta shtampidan kichik chip ozuqa jel va magnit bilan to'ldirildi. Jel ichida bo'sh kanal yaratilib, tirik endotelial hujayralar bilan qoplangan. Hujayralar kanal shaklini olgandan so'ng, yangi kapillyar tomirlar chiqib kelishni boshladi. Qurilma suspensiyalangan magnitlar mavjud bo'lgan dvigatelli platforma ostiga joylashtirildi, ularning yo'nalishi va intensivliklari vaskulyar javobni kuzatish uchun o'zgartirildi.
Raman xulosa qiladiki, tomirni bir tomondan ikkinchi tomonga cho'zish yangi kapillyarlar sonini oshiradi. Tomir tinch turganida, kam sonli tasodifiy tomirlar paydo bo'lardi; takroriy harakat bilan miqdori keskin oshardi. Sinovlar shuningdek, jelni kengligining 5% ga cho'zish ko'p yangi tomirlar hosil qilishini keltirib chiqarishini, 15% gacha cho'zish esa hosil bo'lgan tomirlarning miqdorini kamaytirib, ularning uzunligini oshirishini ko'rsatdi. Bundan tashqari, cho'zilish o'zgartirilganda, yangi tomirlar cho'zilish yo'nalishini kuzatdi.
Olimlar mexanik stimulg'ga vaskulyar javobning sababini PIEZO1 geniga e'tibor qaratib o'rgandilar. Molekulyar biolog Ardem Patapoutianning 2021 yilgi Nobel fiziologiya yoki tibbiyot mukofoti sovrindori bo'lishi (mexanik bosimga sezgir ion kanallarini kashf etgani uchun - PIEZO1 va PIEZO2) ma'ruzasi ilhomlantirgan holda, tadqiqotchilar mexanik mashq bu kanallarni faollashtirib, yangi tomirlarning hosil bo'lishini rag'batlantirishi mumkin degan gipotezani shakllantirdilar.
Bu nazariyani tekshirish uchun ular endotelial hujayralardagi PIEZO1 genining faoliyatini kamaytirish uchun genetik tahrirlashdan foydalandilar. Natija gipotezani tasdiqladi: PIEZO1 geni supressiya qilingan hujayralar bir xil mexanik stimulg' ostida sezilarli darajada kamroq qon tomirlari ishlab chiqardi, bu vaskulyar o'sish ushbu ion kanallarining faollanishiga bog'liqligini ko'rsatadi.
Vaskulyar o'sish miqdori va yo'nalishini nazorat qilish tasdiqlangach, jamoa ushbu protokolni sun'iy to'qimalar va organlarni ta'minlaydigan tartiblangan vaskulyar tarmoqlarni qurish uchun qo'llashni rejalashtirmoqda. Mualliflardan biri Jessica Shah, ushbu o'sishning aniq yo'naltirilishi mushak funksiyasini qanday optimallashtirishini o'rganayotganini aytdi. Tadqiqot AQSh Harbiy vazirligi tomonidan moliyaviy qo'llab-quvvatlashni qisman Early Career Program va PECASE Grant, shuningdek, shu departamentning DURIP Program Grantidan oldi.
Tadqiqotchilar yangi uskunani ishlab chiqdilar, u yangi olib tashlangan ko'zlarni tabiiy holatga yaqin sharoitlarda saqlash imkonini beradi, bu to'qima buzilishini kamaytirishga va xolinganing hayotiy funksiyalarini saqlab qolishga yordam beradi. Ushbu natijalar yaqinda ilmiy-texnik nashrda e'lon qilindi.
Dastlab, texnologiya cho'chqa ko'zlari ustida sinovdan o'tkazildi, keyin esa vafot etgan donordan olingan inson ko'zlari ustida sinovdan o'tkazildi. Ikkala guruhda ham tizim tomonidan davolangan organlar an'anaviy usullar bilan saqlanganlarga qaraganda yaxshiroq saqlanishni namoyish etdi.
Eye-in-a-Care-Box yoki ECaBox deb nomlangan qurilma perfuziya tizimi yordamida ishlaydi. Bu tizim organni odatda tomir yetkazib beradigan arteriya orqali kislorod va ozuqalarni ko'zga yetkazib beradi. Shu bilan birga, u ortiqcha suyuqlikni chiqarib tashlaydi va ichki muhitni harorat va bosim nazoratida ushlab turadi, shuningdek, shaffof oynali orqali to'qimani kuzatish imkonini beradi.
Birinchi tajribalar inson anatomiyasiga o'xshashligi va olimlar uchun oson mavjudligi sababli cho'chqa ko'zlari bilan o'tkazildi. Taqqoslash tahlili shuni ko'rsatdiki, uskunadan tashqarida saqlangan organlar tez degradatsiyaga uchradi, bu hujayra qisqarishi va tuzilmaviy yo'qotish bilan namoyon bo'ldi. Hatto 4°C da muzlatilgan holda ham, bu ko'zlar 24 soat ichida buzilib ketardi.
Bunga qarshi, ECaBox ga qo'yilgan namunalarda tadqiqotchilar shu davrdan keyin ham to'qimalarning jonlilik darajasining yuqori darajada saqlanishini kuzatdilar. Bundan tashqari, sinovlar ko'zlar perfuziya boshlanganidan taxminan 15 daqiqa o'tgach yorug'likka javob berish qobiliyatini tiklaganini ko'rsatdi, bu funksiya tanadan olib tashlangandan so'ng darhol yo'qolgan edi. Ba'zi hollarda, bu javob o'n soatdan ortiq davom etdi.
Hayvonlarda o'tkazilgan tajribalardan so'ng, jamoa usulni oltita donordan olingan 12 ta inson ko'zi ustida joriy etdi. Har bir holatda faqat bitta ko'z uskunaga joylashtirildi, ikkinchisi esa davolanishni olmagan nazorat sifatida xizmat qildi. Tadqiqotchilar perfuziya qilingan organlarning xolingalarining ustun saqlanishini aniqladilar.
Tadqiqot mualliflari shuningdek, bu texnologiya oftalmologiya tadqiqotlari uchun qimmatli muqobil bo'lishi mumkinligini, hayvonlar ustida o'tkaziladigan sinovlarga bog'liqlikni kamaytirishi mumkinligini ta'kidlashadi. Boshqa maqsaddan ECaBox ni jarrohlik muhitlarida foydalanish uchun moslashtirish, organni olib tashlash va davolashni boshlash orasidagi vaqtni kamaytirish orqali to'qima buzilishini yanada kamaytirish nazarda tutilmoqda.
Natijalar umuman olganda umidlantiruvchi deb hisoblansa-da, qurilma tomonidan saqlangan ko'zlar transplantatsiya dan keyin ko'rishni tiklay olishi hali tasdiqlanmagan. Massachusets General Tibbiyot Markazi tadqiqotchisi Shannon Tessier, u tadqiqotda ishtirok etmagan bo'lsa-da, boshqa organlardagi perfuziya texnikalarini o'rganadi, bunday javob faqat protsedura amalga oshirilganda tasdiqlanishi mumkinligini ta'kidladi.
Tessier bu tashabbusni MIT Technology Review uchun izoh berib, «haqiqatan ham juda qiziqarli» deb ta'rifladi. Ehtiyotkorlik ushbu turdagi aralashuvning tarixi bilan bog'liq: 2023 yilda NYU Langone jamoasi og'ir elektr ta'sirida jarohatlangan bemorning ko'zi va yuzining bir qismini transplantatsiya qildi. Klinik jihatdan yaxshi tiklanish bo'lgan bo'lsa-da, transplantatsiya qilingan organ ko'rishni tiklay olmadi.
