Ερευνητές του Texas A&M University ανέπτυξαν νέο vessel-chip που αναπαράγει με ακρίβεια τη σύνθετη δομή των ανθρώπινων αγγείων, ανοίγοντας νέους δρόμους στη μελέτη και θεραπεία αγγειακών παθήσεων.
-
Γράφει η Χριστίνα Χατζηπαλαμουτζή
Τα αιμοφόρα αγγεία του ανθρώπινου σώματος δεν μοιάζουν με ευθείες σωληνώσεις, όπως συχνά αναπαρίστανται στα εργαστηριακά μοντέλα. Αντίθετα, θυμίζουν περισσότερο έναν σύνθετο αστικό χάρτη, με διακλαδώσεις, στενώσεις και αιφνίδιες διευρύνσεις, οι οποίες επηρεάζουν καθοριστικά τη ροή του αίματος και την εξέλιξη αγγειακών παθήσεων.
Αυτή ακριβώς την πολυπλοκότητα επιχειρούν πλέον να αναπαράγουν ερευνητές του Τμήματος Βιοϊατρικής Μηχανικής του Texas A&M University, οι οποίοι ανέπτυξαν μια νέα, προσαρμόσιμη πλατφόρμα «vessel-chip», σχεδιασμένη ώστε να μιμείται με μεγαλύτερη ακρίβεια τη φυσιολογία των ανθρώπινων αγγείων.
Η καινοτομία φιλοδοξεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο μελετώνται οι αγγειακές παθήσεις, επιτρέποντας πειράματα που αντικατοπτρίζουν πολύ πιο πιστά όσα συμβαίνουν μέσα στο ανθρώπινο σώμα και υποστηρίζουν πιο αξιόπιστα την ανάπτυξη νέων φαρμάκων.
Από τα απλοποιημένα μοντέλα στη ρεαλιστική αγγειακή γεωμετρία
Για δεκαετίες, τα περισσότερα εργαστηριακά μοντέλα αγγείων βασίζονταν σε απλούς, ευθύγραμμους μικροδιαύλους. Όμως τα πραγματικά αγγεία σπάνια ακολουθούν τέτοια γεωμετρία, γεγονός που περιόριζε τη δυνατότητα κατανόησης της παθοφυσιολογίας αγγειακών νοσημάτων.
Τα vessel-chips αποτελούν μικρορευστικές συσκευές που μιμούνται την ανθρώπινη αγγείωση σε μικροσκοπική κλίμακα. Αντί για πειράματα σε ζώα ή υπεραπλουστευμένα συστήματα, οι επιστήμονες μπορούν να μελετούν τη ροή του αίματος και τις μηχανικές δυνάμεις σε πλήρως ελεγχόμενο περιβάλλον.
Το νέο σύστημα επιτρέπει εξατομικευμένο σχεδιασμό, καθιστώντας δυνατές ακόμη και μελέτες που λαμβάνουν υπόψη ανατομικές διαφορές μεταξύ ασθενών — ένα στοιχείο κρίσιμο, καθώς μικρές αποκλίσεις στη δομή των αγγείων μπορούν να επηρεάσουν την εμφάνιση νόσου ή την ανταπόκριση σε μια θεραπεία.
Η συμβολή της αγγειακής γεωμετρίας στη νόσο
Η μεταπτυχιακή φοιτήτρια Βιοϊατρικής Μηχανικής Jennifer Lee εντάχθηκε στο εργαστήριο του Δρ. Abhishek Jain και σχεδίασε ένα προηγμένο vessel-chip ικανό να αναπαράγει πραγματικές αγγειακές παραλλαγές.
Η γεωμετρία των αγγείων, όπως εξηγούν οι ερευνητές, μεταβάλλει σημαντικά τις μηχανικές δυνάμεις που ασκούνται στο αγγειακό τοίχωμα, ιδιαίτερα τη διατμητική τάση (shear stress). Οι δυνάμεις αυτές επηρεάζουν άμεσα τη συμπεριφορά των ενδοθηλιακών κυττάρων και μπορούν να πυροδοτήσουν βλάβες ή να επιταχύνουν την εξέλιξη της νόσου.
«Υπάρχουν διακλαδώσεις, ανευρύσματα με απότομες διαστολές και στενώσεις που περιορίζουν τη ροή. Όλες αυτές οι δομές αλλάζουν δραστικά τα πρότυπα ροής του αίματος και επηρεάζουν το εσωτερικό του αγγείου μέσω της διατμητικής τάσης», ανέφερε η Lee. «Αυτό ακριβώς θέλαμε να προσομοιώσουμε».
Χτίζοντας πάνω σε προηγούμενη έρευνα
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο επιστημονικό περιοδικό Lab on a Chip και βασίστηκε σε προγενέστερη εργασία του Δρ. Tanmay Mathur, ο οποίος είχε αναπτύξει παλαιότερα ένα απλό, ευθύ vessel-chip.
Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στο Bioinspired Translational Microsystems Laboratory, υπό την καθοδήγηση του Jain, αναπληρωτή καθηγητή και Barbara and Ralph Cox ’53 Faculty Fellow στο Texas A&M. Το έργο θα παρουσιαστεί και στο εξώφυλλο του τεύχους Μαΐου 2025 του περιοδικού.
«Μπορούμε πλέον να μελετήσουμε τις αγγειακές παθήσεις με τρόπους που δεν ήταν εφικτοί στο παρελθόν», σημείωσε ο Jain. «Δεν δημιουργούμε μόνο σύνθετες δομές, αλλά μπορούμε να τοποθετήσουμε ζωντανό κυτταρικό και ιστικό υλικό στο εσωτερικό τους. Αυτά είναι τα σημεία όπου αναπτύσσονται οι αγγειακές νόσοι».
Προς “ζωντανά” αγγεία πολλαπλών διαστάσεων
Στη σημερινή μορφή του, το vessel-chip χρησιμοποιεί ενδοθηλιακά κύτταρα — τα κύτταρα που επενδύουν το εσωτερικό των αγγείων. Οι ερευνητές, ωστόσο, σχεδιάζουν να ενσωματώσουν και άλλους κυτταρικούς τύπους ώστε να μελετηθούν οι αλληλεπιδράσεις μεταξύ τους υπό συνθήκες ροής αίματος.
Ο Jain περιγράφει αυτή την εξέλιξη ως το επόμενο στάδιο της τεχνολογίας organs-on-a-chip.
«Προχωρούμε προς αυτό που αποκαλούμε τέταρτη διάσταση: όχι μόνο κύτταρα και ροή, αλλά τη δυναμική αλληλεπίδρασή τους μέσα σε πολύπλοκες αρχιτεκτονικές δομές», ανέφερε.
Εκπαίδευση και καινοτομία μαζί
Για την Jennifer Lee, η ερευνητική εμπειρία αποτέλεσε και προσωπικό σταθμό. Ξεκίνησε ως προπτυχιακή φοιτήτρια χωρίς προηγούμενη γνώση των organ-on-a-chip συστημάτων, αλλά σταδιακά ανέπτυξε έντονο ενδιαφέρον που την οδήγησε στο fast-track μεταπτυχιακό πρόγραμμα.
«Έμαθα όχι μόνο επιστήμη, αλλά συνεργασία, επικοινωνία και επαγγελματική νοοτροπία», δήλωσε, υπογραμμίζοντας τη σημασία της επαφής με μεταδιδακτορικούς και ερευνητές διαφορετικών ειδικοτήτων.
Κάντε like στη σελίδα μας στο facebook για να μαθαίνετε όλα τα νέα
Διαβάστε επίσης
Καρδιαγγειακή υγεία: Κλειδί επιβίωσης και μετά τον καρκίνο
Ευοίωνες οι προοπτικές για την πρόληψη των καρδιαγγειακών
