211service.com
Pogromcy chodaków
Małe, sztuczne naczynia krwionośne mają dawać nadzieję pacjentom z pomostowaniem serca. Problem polega na tym, że te maleńkie, syntetyczne naczynia mają tendencję do zatykania się. Teraz inżynier biomedyczny Donalda Elberta i jego zespół na Uniwersytecie Waszyngtońskim w St. Louis opracowali nowy materiał, mający na celu nakłonienie organizmu do budowania naczyń z jego własnych komórek.
Bioinżynierowie z Washington University wyobrażają sobie, że przedstawiony tu żel pewnego dnia rozwiąże problem krzepnięcia w małych, sztucznych naczyniach krwionośnych. Żel, złożony z fragmentów białka (niebieskie prostokąty), albuminy białka krwi (szare pęczki), lipidu sygnalizacyjnego (żółte plamy) i syntetycznego polimeru (niebieskie gwiazdki), skłaniałby komórki śródbłonka (szara grudka), które wyścielają człowieka. naczynia krwionośne, aby skolonizować wnętrze sztucznych naczyń.
Korzeniem problemu zatykania jest termodynamika, mówi Elbert. Kiedy naczynie jest wykonane ze zmodyfikowanego teflonu – lub czegokolwiek innego niż własne komórki organizmu – białka krzepnięcia we krwi uderzają w ściany naczynia, sklejają się, rozwijają i stają się aktywne, wywołując reakcje krzepnięcia. Skrzepy są zbyt małe, aby blokować duże naczynia, aw rzeczywistości aorty teflonowe są powszechne. Ale w naczyniach węższych niż sześć milimetrów skrzepy tworzą chodaki. W związku z tym pacjenci z pomostowaniem serca nie mogą otrzymać małych implantów sztucznych naczyń. Zamiast tego z ciała pacjenta należy pobrać małe naczynia, aby można było skierować krew. Jest to dodatkowa operacja i w końcu pacjentowi może zabraknąć naczyń do pobrania.
Multimedia
ANIMACJA: Komórki śródbłonka na żelu
Rozwiązanie Elberta to nowatorska powłoka do wnętrz sztucznych naczyń. Składa się głównie z substancji znajdujących się w ludzkim ciele. Glikol polietylenowy, jedyny syntetyczny składnik, jest wieloramiennym polimerem stosowanym w pastach do zębów i szamponach. Pod wpływem krwi odpycha prawie wszystkie białka krzepnięcia, które próbują się do niej przyczepić. Albumina, białko krwi, jest dołączona do połączenia glikoli polietylenowych. Ramiona glikolu polietylenowego łączą się z dwoma biologicznie aktywnymi składnikami. Jednym ze składników jest fragment białka, który działa jak rzep, wiążąc ze sztuczną wyściółką komórki śródbłonka wyściełające ludzkie naczynia krwionośne. Innym bioaktywnym składnikiem jest enzym znajdujący się we krwi, który może pobierać substancję tłuszczową lub lipid z krwiobiegu i przekształcać go w lipid zwany sfingozyno-1-fosforanem, który wysyła sygnały wzrostu i przeżycia do komórek śródbłonka.
Przygotowanie mikstury jest proste, mówi Elbert. Wszystkie składniki miesza się w wodzie i pozostawia na noc. Do rana tworzą żel.
Elbert wyobraża sobie, że syntetyczny przeszczep wyłożony powłoką mógłby następnie zostać przyszyty do istniejącego naczynia krwionośnego. Glikol polietylenowy przez jakiś czas odpychałby większość białek powodujących krzepnięcie. Tymczasem enzym wytwarzałby i uwalniał lipid, który sygnalizuje komórkom śródbłonka, zachęcając je do wzrostu na krawędziach przeszczepu. Fragmenty białka utrzymywałyby komórki na powierzchni. Żel uwolniłby więcej lipidów, sygnalizując komórkom podział i kolonizację. Miejmy nadzieję, że po miesiącu lub dwóch cała wewnętrzna powierzchnia przeszczepu zostanie wyłożona warstwą komórek, mówi Elbert. Komórki wydzielałyby substancje chemiczne, które utrudniałyby krzepnięcie, tak jak to się dzieje naturalnie w organizmie.
Inni badacze walczą z problemem krzepnięcia na różne sposoby, zauważa Elbert. Mówi, że wiele osób próbuje stworzyć naczynia krwionośne za pomocą inżynierii tkankowej. Inżynierowie tkankowi usuwają komórki z naczyń pacjenta, hodują je na porowatej rurce i pielęgnują strukturę, aż będzie wystarczająco silna, aby można ją było ponownie wszczepić. Skrzepy nie zatykają tych naczyń, ponieważ są wyłożone komórkami śródbłonka. To działa, mówi Elbert. Ale hodowanie ludzkiego naczynia krwionośnego w laboratorium jest powolne i niezwykle kosztowne. A naczynia mogą być kruche – przepływ krwi może odrywać komórki, powodując krzepnięcie. Inni próbowali robić naczynia syntetyczne z materiałów odpornych na zakrzepy. Są tanie i wytrzymałe. I przez jakiś czas opierają się zakrzepom. Ale po kilku latach mogą się zatkać. Żadna metoda nie odniosła pełnego sukcesu u zwierząt.
W przeciwieństwie do innych alternatyw, mówi Elbert, naczynia wyłożone materiałem jego zespołu byłyby tanie, łatwe, trwałe, nie krzepnące i nieimmunogenne. Do tej pory jego żel przeszedł wstępne testy laboratoryjne. Komórki śródbłonka szybko migrują na wierzch żelu. Komórki przyklejają się do niej, nawet w komorze przepływowej, co symuluje siłę ścinającą przepływu krwi.
Elbert dodaje, że żel jego zespołu może również pomóc organizmowi w rozwoju nowych sieci naczyń. Na błonach jaj kurzych potraktowanych nim wyrosły nowe sieci naczyń. Można sobie wyobrazić umieszczenie materiału w pobliżu serca po zawale serca, co pozwoliłoby lipidom dyfundować do ściany serca i tworzyć nowe naczynia, które pomogłyby sercu przetrwać.
Jest zbyt wcześnie, aby wiedzieć, jak naczynia Elberta lub żel będą zachowywać się w ludzkim ciele, ostrzega Robert Langer , profesor inżynierii chemicznej i biologicznej na MIT. Wiele preparatów wyglądało obiecująco w laboratorium, ale zawodziło u zwierząt, mówi. Kluczem są badania na zwierzętach, zwłaszcza na świniach.
Bezpieczeństwo też jest problemem, dodaje Omolola Eniola-Adefeso , adiunkt inżynierii chemicznej na Uniwersytecie Michigan. Martwi się, że lipid Elberta, który wysyła do organizmu wiele sygnałów, może zakłócić normalne procesy organizmu.
Trzeba być bardzo ostrożnym, zgadza się Elbert. Duże ilości lipidów mogą osłabiać układ odpornościowy i powodować śmierć komórek. Planuje określić, ile może dostarczyć, aby stymulować komórki śródbłonka bez przeciążania. Testy na zwierzętach rozpoczną się w 2007 roku i będą trwały przez co najmniej cztery lata, mówi.
Jeśli chodzi o problem krzepnięcia, pracuje nad nim tyle samo inżynierów, co wydziałów bioinżynierii w całym kraju, mówi Eniola-Adefeso. Jak dotąd, mówi, podejście Elberta jest najbardziej obiecującym podejściem.