Ученые построили миниатюрную копию сердечной камеры, способную к самостоятельным сокращениям, из комбинации наноинженерных частей и тканей человеческого сердца. Описание разработки опубликовано в журнале Science Advances.
Междисциплинарная группа инженеров, биологов и генетиков под руководством Бостонского университета разработала miniPUMP, кардиальный миниатюрный однонаправленный микрофлюидный насос с прецизионной поддержкой.
Устройство размером в 3 квадратных см сконструировано так, чтобы действовать как желудочек сердца человека. На пластиковой основе, напечатанной на 3D-принтере размещены миниатюрные акриловые клапан, открывающиеся и закрывающиеся под потоком жидкости, и маленькие трубочки, имитирующие артерии и вены. Биение искусственного сердца обеспечивается кардиомиоцитами, изготовленными из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток.
Изображение: Michas et al, Science Advances
Одной из ключевых частей miniPUMP является акриловый каркас, поддерживающий сердечную ткань и перемещающийся вместе с ней при ее сокращении. Он представляет собой множество тончайших концентрических спиралей — тоньше человеческого волоса — соединенных горизонтальными кольцами. Каркас структурирует сердечные клетки, но не оказывает на них никакого воздействия.
Как отмечают исследователи, решение сделать насос таким маленьким, а не в натуральную величину или больше, было преднамеренным и имеет решающее значение для работы устройства.
«Структурные элементы настолько тонки, что вещи, которые обычно были бы жесткими, становятся гибкими, — отмечает Элис Уайт, соавтор исследования. — По аналогии подумайте об оптическом волокне: стеклянное окно очень жесткое, но вы можете намотать стекловолокно на палец. Акрил может быть очень жестким, но в масштабе miniPUMP акриловый каркас способен сжиматься бьющимися кардиомиоцитами».
Видео: Michas et al, Science Advances
Второй ключевой элемент — сами кардиомиоциты. Для их создания исследователи берут клетку взрослого человека, перепрограммируют ее в эмбриональную стволовую клетку, а затем трансформируют в клетку сердца.
Использование реальных клеток создает возможности для практического применения устройства в медицине. Например, говорят создатели, для формирования насоса можно использовать больную ткань, чтобы затем протестировать на ней новое лекарство и посмотреть, как это повлияет на изменение функции сердца.
«С такой системой, если я возьму у вас клетки, я смогу увидеть, как лекарство подействует именно на вас, — говорит Христос Михас, соавтор исследования. — Эта система лучше воспроизводит некоторые функции сердца, и в то же время дает нам возможность исследовать разных людей, которых она имитирует».
Исследователи полагают, что miniPUMP поможет ученым лучше понять, как работает сердце, отслеживать, как растет сердце у эмбриона, изучать влияние болезней и проверять потенциальную эффективность и побочные эффекты новых методов лечения.
Источник: hightech.fm
