Используя новый рецепт выращивания кровеносных сосудов из живой легочной ткани в лаборатории, исследовательская группа Школы инженерных и прикладных наук Университета Вирджинии разработала аналитический инструмент, который может привести к излечению идиопатического фиброза легких, или ИЛФ, заболевания легких. уничтожая болезнь.
Фиброз — это хроническое рубцевание тканей, которое может поразить практически все системы организма. По данным Национального института здравоохранения, по оценкам правительства, 45% смертей в Соединенных Штатах можно объяснить фиброзными заболеваниями. В легких фиброз ограничивает дыхание, поэтому понимание того, как происходит рубцевание и, в конечном итоге, как его остановить, является важным вопросом, особенно в случае ИЛФ, формы легочного фиброза, причина которой неизвестна.
В поисках ответов доцент кафедры химической инженерии Лакешиа Дж. Тейт возглавляет группу в сотрудничестве с Шейном М. Пирсом-Коттлером и доктором биомедицинской инженерии. Студентка Джули Леонард-Дьюк в лаборатории Пирса-Коттлера. Пирс-Коттлер — заведующий кафедрой биомедицинской инженерии и заслуженный профессор преподавания Харрисона.
Их работа сочетает в себе вычислительные модели поведения кровеносных сосудов в фиброзированных легких, разработанные Леонардом-Дьюком в лаборатории Пирса-Коттлера, с экспериментами с использованием гидрогелей, разработанных в лаборатории Тейта. Результатом стала новая исследовательская платформа для изучения формирования кровеносных сосудов — процесса, называемого ангиогенезом.
Тейт и Пирс-Коттлер хотят понять роль ангиогенеза — естественной части восстановления тканей после травмы, — когда легкие не перестают пытаться зажить, делая податливую ткань жесткой и фиброзной, пока они не перестают функционировать.
Исследование было опубликовано в журнале Microcirculation, редакторы которого выбрали фигуру из статьи для обложки августовского номера 2023 года.
На изображении показаны сосудистые отростки из легочной ткани мыши , посаженные на гидрогель — набухший в воде биоматериал, напоминающий мягкую контактную линзу. Лаборатория Тейта функционализирует эти гидрогели биоактивными молекулами, которые точно имитируют ангиогенные сигналы, способствующие развитию кровеносных сосудов.
Чтобы достичь этой функциональности, команда Тейта химически соединяет определенные пептиды — цепочки аминокислот, строительные блоки белков — с производными полиэтиленгликоля, обычного готового кристаллического полимера, чтобы сформировать конъюгат ПЭГ-пептид. Пептиды либо приобретаются, либо производятся с использованием программируемого синтезатора.
В результате этого многоэтапного процесса получается пушистый белый порошок, похожий на желатиновую смесь, купленную в магазине. Растворенные в водном растворе и подвергнутые воздействию ультрафиолетового света, молекулы сшиваются, образуя мягкий, но твердый материал , с которым клетки легких мыши , посаженные на поверхность, могут взаимодействовать, вызывая рост новых клеток.
«Гидрогель был разработан так, чтобы его механические свойства — например, жесткость и эластичность — соответствовали здоровой легочной ткани», — сказал Тейт. «Гидрогель действует как родной внеклеточный матрикс сосудистых клеток, сложная смесь белков, углеводов и минералов, которые обеспечивают важные сигналы для развития и поддержания тканей».
Основная цель проекта — понять биомеханические и биохимические сигналы кровеносных сосудов легких во время развития и прогрессирования фиброза. Команда создает системы лабораторного моделирования, чтобы ускорить поиск методов лечения, способных остановить ИЛФ.
«Этот проект представляет собой новый анализ ангиогенеза, который позволяет исследовать жесткость матрикса при прорастании микрососудов», — сказал Тейт.
Тайте начала исследование сразу после своего прибытия в UVA в 2021 году, используя свои экспериментальные методы с компьютерными моделями Леонарда-Дьюка для проверки и улучшения моделей, которые, в свою очередь, служат основой для экспериментов Тейт.
«Мы включаем данные этого анализа прорастания в наши компьютерные модели, которые моделируют сложное поведение клеток, способствующее фиброзу легких », — сказал Леонард-Дьюк. «Затем мы используем подходы искусственного интеллекта и машинного обучения для всестороннего изучения генов и белков, которые могут стать мишенью для новых лекарств».
В исследовании также участвовали Энтони Брюс, менеджер лаборатории биомедицинской инженерии и соавтор статьи, Сэмюэл Агро, доктор философии в области химической инженерии, который сейчас учится на втором курсе. студент лаборатории Тайте и Исюань Юань, получивший степень бакалавра химического машиностроения весной 2023 года.
Агро и Леонард-Дьюк работают над продолжением проекта.
Теги: биотехнологии, полимеры
