Трёхмерная конструкция состоит из двухслойной коллагеновой трубки, соединённой с обоих концов с силиконовыми трубками. Она проста в изготовлении методом формования и позволяет подавать клеточные культуры с помощью внешнего насоса. Результаты исследования опубликованы в журнале Biofabrication.

Двухслойное устройство с коллагеновой трубкой

Конструкция формованной микротрубки позволяет решить многие проблемы, характерные для трёхмерных моделей тканей in vitro, которые обычно состоят из клеток, помещённых в каркасный материал. Такие модели также включают структуры, имитирующие сосудистую сеть, которая играет важную роль в биохимических реакциях и поступлении лекарственных веществ в организм человека.

Для создания подобных трёхмерных структур используются различные методы, включая биопечать и мягкую литографию, однако они могут быть достаточно сложными. Кроме того, тканевые модели трудно подключать к внешним системам подачи жидкости, поскольку соединение жёстких трубок насосной системы с мягкой биологической тканью представляет техническую сложность.

Ещё одна проблема заключается в том, что большинство созданных ранее структур имели только один слой каркасного материала, тогда как для достоверного воспроизведения сложных биологических структур необходимо несколько слоёв.

В новом устройстве, разработанном Хироаки Оноэ из Keio University в Японии, последовательные слои коллагена создаются путём многократного формования.

«Мы также можем гибко задавать толщину слоёв коллагена в устройстве и совместно культивировать различные типы клеток в необходимой концентрации в каждом слое коллагена или на его поверхности», — объясняет Сюн Итаи, аспирант исследовательской группы Оноэ.

«При этом коллагеновая трубка непосредственно соединена с силиконовыми трубками, благодаря чему её можно легко подключить к внешнему насосу для подачи жидкости».

Прочность и стабильность

По словам Итаи, устройство достаточно прочно, чтобы его можно было брать пинцетом, и сохраняет стабильность в питательной среде более трёх месяцев. Клеточные культуры можно подавать в устройство с помощью шприцевого насоса, работающего с различной скоростью.

«Подобное устройство с коллагеновой трубкой необходимо проектировать с учётом конкретной модели ткани, — добавляет Итаи. — В этой работе в качестве простых моделей тканей мы использовали кровеносные сосуды, чтобы проверить совместимость нашего устройства и возможность подачи жидкости через него».

Исследователи решили воспроизвести кровеносные сосуды среднего размера диаметром около 100–1000 мкм, что соответствует размерам артерий и вен.

«Размер нашего устройства можно изменять, меняя размеры формы, используемой для его изготовления, — продолжает Итаи. — Мы подготовили формы нескольких размеров для изготовления однослойных и двухслойных коллагеновых устройств с внутренним диаметром 300–1000 мкм».

Использованные в этой работе методы могут способствовать развитию простых в изготовлении сосудистых моделей тканей in vitro, рассказали Итаи и Оноэ изданию Physics World.

«Эти модели могут служить платформой для фармакокинетических исследований лекарственных препаратов, регенеративной медицины и общих биомедицинских исследований без проведения экспериментов на животных».

Исследователи, опубликовавшие результаты своей работы в журнале Biofabrication, планируют разработать метод соединения отдельных созданных ими устройств с коллагеновыми трубками с различными моделями тканей. Это позволит создавать многокомпонентные модели, воспроизводящие взаимодействие нескольких органов на одном микрофлюидном устройстве.