Ізраїльські вчені з Хайфського технологічного інституту (Техніон) і наукового інституту ім. Вейцмана в Реховоті об'єднали свої досвід і знання в області інженерії тканин і фізики комплексних систем з метою зрозуміти, як механічні дії можуть впливати на просторову орієнтацію розвивитку кровоносних судин.Результати їх роботи, опубліковані в журналі Nano Letters, можуть значно просунути вперед методи вирощування штучних тканин для пересадки людям.
Клітини - як клітини живого організму, так і вирощені в лабораторних умовах - постійно взаємодіють з позаклітинної матрицею (ECM) - дуже складною молекулярною мережею, яка надає структурну підтримку клітинам. До недавнього часу вчені вважали, що ця взаємодія є в основному біохімічною, однак тепер дослідники виявили, що механічні взаємодії, наприклад, властивість клітин "відчувати" різні особливості ECM і реагувати відповідним чином, відіграють важливу роль у розвитку і функціонуванні клітин.
Дослідження проводилося під керівництвом докторанта Шири Ландау і професора Шуламит Льовенберг (факультет біомедичної інженерії Техніона) і докторантом Авраамом Моріелем і професором Еран Бухбіндер (факультет хімії та біофізики інституту Вейцмана) у співпраці з доктором Аріель Лівні (раніше - аспірант факультету молекулярної клітинної біології інституту Вейцмана) .
Одна з наукових проблем, пов'язаних з виробництвом штучних біологічних тканин для пересадки, полягає в тому, що, як і натуральні тканини, вони повинні утримувати мережу кровоносних судин для забезпечення постійного постачання органів киснем і живильними речовинами. Дуже важливим для інтеграції і виживання пересадженої тканини є напрямок елементів мережі судин - вони повинні організовуватися так само, як в похідному органі організму, якому робиться пересадка.
Платформа для поліпшення генерації і самоорганізації тканин для трансплантації була розроблена в лабораторії професора Льовенберга. Технологія заснована на тривимірних структурах з полімерів. На ці каркаси поміщаються клітини, необхідні для розвитку кровоносних судин. Раніше на такій же платформі вивчалася механічна чутливість судинних мереж. Як відзначили дослідники, механічні сили роблять сильний вплив на властивості мереж, особливо на напрямку, в яких клітини ростуть і розвиваються.
У 2016 році професор Льовенберг і доктор Декель Розенфельд продемонстрували, як оригінальна система, яка прикладає зусилля до штучної тканини, впливає на біологічні процеси в клітинах, в тому числі на форму, міграцію, структурну організацію, а також на геометрію появи тканини, її зрілість і стабільність. Це дослідження також показало, що сили, що діють на тканини під час розвитку, сприяють зростанню кровоносних судин з чітко визначеною спрямованістю. Після цього вчені захотіли зрозуміти, як саме працює цей процес і як його можна контролювати. «Професор Бухбіндер і його колеги з інституту Вейцмана розробили теорію, яка пояснює вплив механічних сил на окремі клітини, а ми разом розширили цю теорію, поширивши її на багатоклітинні тканини» - розповідає Шира Ландау.
В ході нового дослідження вчені розглянули два типи сил, що розтягуються, які можуть впливати на розвиток кровоносних судин - динамічно-циклічний і статичний розтяг - і визначили біофізичні механізми їх дії. В результаті дослідження був розроблений протокол розтягування, який дозволяє контролювати оптимальну генерацію тканин із заздалегідь визначеними мережами кровоносних судин. На думку ізраїльських дослідників, ця робота дозволить поліпшити якість штучних тканин і підвищити шанси їх успішної пересадки пацієнтам.