Вырастить крупную артерию или вену с помощью 3D-печати уже можно. Но самые тонкие сосуды — капилляры — современные биопринтеры напечатать не могут. Есть и другой подход — выращивать сосуды из клеток в чашках Петри, добавляя питательные вещества и факторы роста. Здесь проблема в том, что контролировать рост капилляров очень трудно: они прорастают беспорядочно, как сорняки.

Команда исследователей из Массачусетского технологического института научилась управлять этим процессом при помощи механического растяжения. Они создали крошечную «кровеносную артерию на чипе» — меньше почтовой марки. Внутри геля, насыщенного питательными веществами, находилась трубка, выстланная эндотелиальными клетками, из которых строятся сосуды. В геле — крошечный магнит. Разместив устройство под моторизованной платформой, оснащенной небольшими подвесными магнитами, исследователи начали перемещать магниты в разных направлениях и на разное расстояние, наблюдая, будут ли от центральной артерии прорастать кровеносные сосуды и как именно это происходит.

«Главный вывод таков: растяжение кровеносного сосуда с движениями вперед-назад, по-видимому, способствует увеличению числа вновь образующихся капилляров», — сказал Раман.

Если артерию оставляли в покое, новые капилляры прорастали случайным образом. Но когда ученые начинали ритмично растягивать сосуд на 5% от ширины геля, количество новых капилляров резко возрастало. При растяжении на 15% сосудов прорастало меньше, но они становились длиннее. А когда направление растяжения менялось, новые капилляры «поворачивали» вслед за механическим сигналом. То есть, контролировать структуру сосудистой сети можно, просто меняя направление и силу растяжения, пишет MIT News.

Для того чтобы понять этот механизм, исследователи обратились к работе нобелевского лауреата Ардема Патапутяна, который открыл белки PIEZO1 и PIEZO2 — ионные каналы в мембранах клеток, открывающиеся в ответ на механическое давление. Оказалось, что именно канал PIEZO1 играет роль «привратника»: когда артерию растягивают, ионы кальция входят в клетки через этот канал, запуская каскад сигналов к росту новых сосудов. Когда исследователи подавили ген PIEZO1, растяжение перестало вызывать рост капилляров — механический сигнал просто не доходил до клеток.

Теперь, когда принцип понят, ученые могут выращивать искусственные ткани с готовой, функциональной сетью кровоснабжения. Это критически важно для создания имплантов. Вместо того чтобы полагаться на хаотичное врастание сосудов из окружающих тканей, можно создать орган уже с встроенной системой доставки кислорода. Следующий шаг команды — применить этот метод для выращивания мышечной ткани с организованной сосудистой сетью.

Первую полнофункциональную модель человеческой кожи разработали год назад ученые из Квислендского университета. Достижению предшествовали шесть лет упорной работы, которая теперь может произвести революцию в трансплантации кожи и лечении хронических ран.