211service.com
Krotitelé ucpávek
Malé umělé krevní cévy mají nabízet naději pacientům s bypassem. Problém je, že tyto drobné syntetické cévky mají tendenci se ucpávat. Nyní, biomedicínský inženýr Donald Elbert a jeho tým na Washingtonské univerzitě v St. Louis vyvinuli nový materiál navržený tak, aby přiměl tělo k vytvoření nádob z jeho vlastních buněk.
Bioinženýři z Washingtonské univerzity si představují, že gel zde vyobrazený jednoho dne vyřeší problém srážení krve v malých umělých cévách. Gel vyrobený z proteinových fragmentů (modré obdélníky), krevního proteinu albuminu (šedé chuchvalce), signalizačního lipidu (žluté skvrny) a syntetického polymeru (modré hvězdy) by dokázal přimět endotelové buňky (šedé hroudy), které vystýlají lidské krevních cév, ke kolonizaci vnitřku umělých cév.
Základem problému zanášení je termodynamika, říká Elbert. Když je céva vyrobena z modifikovaného teflonu – nebo čehokoli jiného než vlastních tělních buněk – srážecí proteiny v krvi narážejí do cévních stěn, přilnou, rozvinou se a aktivují, čímž spustí srážecí reakce. Sraženiny jsou příliš malé na to, aby blokovaly velké cévy, a ve skutečnosti jsou teflonové aorty běžné. Ale v cévách užších než šest milimetrů v průměru sraženiny ucpávají. V důsledku toho pacienti s bypassem nemohou dostávat implantáty malých umělých cév. Místo toho se z těla pacienta musí odebrat malé cévy, aby mohla být krev přesměrována. Jedná se o operaci navíc a nakonec může pacientovi dojít ke sklizni cév.
Multimédia
ANIMACE: Endoteliální buňky na gelu
Elbertovo řešení je nový nátěr pro vnitřek umělých cév. Skládá se především z látek nacházejících se v lidském těle. Polyethylenglykol, jediná syntetická složka, je mnohoramenný polymer používaný v zubních pastách a šamponech. Když je vystavena krvi, odpuzuje téměř všechny srážecí proteiny, které se na ní snaží ulpět. Albumin, krevní protein, je zahrnut pro spojení polyethylenglykolů dohromady. Polyetylenglykolová ramena spojují dvě biologicky aktivní složky. Jednou ze složek je proteinový fragment, který funguje jako suchý zip a váže endoteliální buňky, které vystýlají lidské krevní cévy, na umělou výstelku. Další bioaktivní složkou je enzym nacházející se v krvi, který dokáže zachytit tukovou látku nebo lipid z krevního řečiště a přeměnit ji na lipid zvaný sfingosin-1-fosfát, který vysílá signály růstu a přežití do endoteliálních buněk.
Příprava směsi je jednoduchá, říká Elbert. Všechny ingredience se smíchají ve vodě a nechají se přes noc. Do rána tvoří gel.
Elbert si představuje, že syntetický štěp potažený povlakem by pak mohl být všit do existující krevní cévy. Polyethylenglykol by po nějakou dobu odpuzoval většinu srážecích proteinů. Mezitím by enzym vytvořil a uvolnil lipid, který signalizuje endoteliálním buňkám, čímž by je povzbudil k růstu na okrajích štěpu. Proteinové fragmenty by udržely buňky na povrchu. Gel by uvolnil více lipidů a signalizoval buňkám, aby se dělily a kolonizovaly. Po měsíci nebo dvou by byl celý vnitřní povrch štěpu, doufejme, pokryt vrstvou buněk, říká Elbert. Buňky by vylučovaly chemikálie, které by bránily srážení, jak je tomu v těle přirozeně.
Jiní výzkumníci bojují s problémem srážení různými způsoby, poznamenává Elbert. Mnoho lidí se snaží vytvořit krevní cévy tkáňovým inženýrstvím, říká. Tkáňoví inženýři odebírají buňky z pacientových cév, pěstují je na porézní trubici a pečují o strukturu, dokud není dostatečně silná na reimplantaci. Sraženiny tyto cévy neucpávají, protože jsou vystlány endoteliálními buňkami. To funguje, říká Elbert. Ale pěstování lidské krevní cévy v laboratoři je pomalé a neuvěřitelně drahé. A cévy mohou být křehké – průtok krve může odtrhnout buňky a způsobit srážení. Jiní se pokusili vyrobit syntetické nádoby z materiálů odolných vůči sraženinám. Tyto jsou levné a odolné. A nějakou dobu odolávají sraženinám. Ale po několika letech se mohou ucpat. Ani jedna metoda u zvířat plně neuspěla.
Na rozdíl od jiných alternativ, říká Elbert, nádoby vyložené materiálem jeho týmu by byly levné, snadné, odolné, nesrážející se a neimunogenní. Jeho gel zatím prošel některými počátečními testy v laboratoři. Endoteliální buňky rychle migrují na povrchu gelu. Buňky se k němu přilepí, dokonce i uvnitř průtokové komory, která simuluje střižnou sílu průtoku krve.
Elbert dodává, že gel jeho týmu může také pomoci tělu vytvořit nové sítě cév. Na membránách slepičích vajec ošetřených jím vyrostly nové sítě cév. Dalo by se představit, že by se materiál po srdečním infarktu umístil vedle srdce, což umožnilo lipidu difundovat do srdeční stěny a vytvořit nové cévy, které by pomohly srdci přežít, říká.
Je příliš brzy vědět, jak budou Elbertovy cévy nebo gel fungovat v lidském těle, varuje Robert Langer , profesor chemického a biologického inženýrství na MIT. Mnoho formulací vypadalo slibně v laboratoři, ale selhalo u zvířat, říká. Klíčem jsou studie na zvířatech, zejména na prasatech.
Bezpečnost je také problémem, dodává Omolola Eniola-Adefeso , odborný asistent chemického inženýrství na University of Michigan. Obává se, že Elbertův lipid, který v těle vysílá mnoho signálů, by mohl narušit normální tělesné procesy.
Člověk musí být extrémně opatrný, souhlasí Elbert. Velké množství lipidů může potlačit imunitní systém a spustit buněčnou smrt. Plánuje určit, kolik může dodat, aby stimuloval endoteliální buňky bez přetížení. Testy začnou na zvířatech v roce 2007 a budou pokračovat nejméně čtyři roky, říká.
Pokud jde o problém srážení, pracuje na něm tolik inženýrů, kolik je bioinženýrských oddělení po celé zemi, říká Eniola-Adefeso. Zatím říká, že Elbertův přístup je nejslibnější.