科學家找到人造血管精確培育新方法

科學界正在尋找從細胞培育活體器官和組織的方法，目的是替換體內病變和受損的對應部分。目前科學家已成功培育出人工肌肉、肝臟、腎臟、皮膚和其他組織。但一直沒有可靠的方法來工程化構建精確圖案化的血管網絡，其中一些血管比人的頭發還細。

近日，美國麻省理工學院的科研人員發現，可以通過機械拉伸來工程化構建并控制血管的生長。相關研究成果發表于《美國國家科學院院刊》。該研究為科學家提供了一種工程化構建人造血管并編程其生長圖案的新方法。

該團隊構建了一個人類“芯片上的血管”，由人內皮細胞制成的中央動脈組成，該動脈嵌入含有小磁鐵的凝膠中。研究人員研究了當他們使用外部磁鐵來回撥動凝膠、以移動嵌入凝膠內的磁鐵時，主動脈如何響應。

他們發現，反復撥動動脈這一簡單的機械動作會刺激動脈出芽形成其他更細小的毛細血管。通過改變動脈被撥動或拉伸的方向，研究人員可以重新引導新生血管的生長方向。而不同程度地拉伸動脈則會影響新生血管出芽的數量。

“健康組織依賴于有序的血管網絡，但現有最先進的方案無法在工程化組織內制造出這樣的網絡。”該論文共同通訊作者、麻省理工學院機械工程副教授Ritu Raman說。“能夠利用物理信號編程血管生長，可能使可植入體內的工程化組織的可重復和可規模化制造成為現實，從而在致殘性疾病或損傷后恢復功能。”

研究人員構建了一個“芯片上的血管”，比郵票還小，里面填充了類似的富含營養的凝膠，并含有一個小磁鐵。他們沿凝膠縱向插入一根細管以形成一個中空通道，并在通道內壁涂覆活的內皮細胞，這些細胞在體內會自然生長并融合形成血管。一旦細胞呈現通道形狀，它們就開始在凝膠中出芽形成新的毛細血管樣血管。

將該裝置放在裝有小型懸浮磁鐵的電動載物臺下，研究人員沿不同方向和不同程度地來回移動磁鐵，并觀察血管是否以及如何從中央動脈出芽響應。

“主要結論是：來回拉伸血管似乎會增加新生毛細血管的數量。”Raman說。

如果主動脈在凝膠中不加干預，它會在其長度方向上隨機位置生長出一些新血管。但當動脈受到撥動時，出芽的血管顯著增多。當團隊使用磁鐵來回拉伸凝膠、幅度為凝膠總寬度的5%時，許多新血管從主動脈長出。當他們拉伸15%時，出芽的血管較少，但長出的血管更長。而當團隊改變拉伸方向時，新血管也隨之響應轉向，跟隨團隊機械刺激的圖案轉彎。

“我們發現動起來是好的，這也是我們實驗室做的所有事情中始終不變的結論。”Raman說。“機械力在我們的身體中扮演著重要角色。這意味著，如果你想生長更多或更少的血管，或更短或更長的血管，或朝特定方向的血管，我們現在知道如何做到這一點。”

研究團隊計劃應用該方案來培育有序的血管網絡，以供給人工器官和組織。“我們目前正在研究精確圖案化血管生長如何幫助改善肌肉功能。”共同作者Jessica Shah說。

相關論文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2532667123