Такое изобретение демонстрирует, как высокоточное изготовление может позволить моделировать механическую функцию сердца на уровне органов в уменьшенном масштабе. Для изготовления была задействована технология 3D печати TPDLW, чтобы выстроить каркас из метаматериала наноразмерного разрешения с точными настройками механических свойств для поддержания формирования и циклического сокращения миниатюрной желудочковой ткани, полученной из стволовых клеток. Далее были размещены миниатюрные клапаны на акриловой основе, которые могут открываться и закрываться при потоке жидкости, а так же маленькие трубки, которые имитируют вены и артерии сердца.
Устройство размером всего 3 кв см смоделировано так, чтобы работать идентично желудочку человеческого сердца. Биение «сердца» происходит благодаря кардиомиоцитам, изготовленным из стволовых клеток.
Главной частью нового изобретения является акриловая основа, которая поддерживает сердечную ткань и перемещается вместе с ней при сокращениях. Она представляет из себя большое количество спиралей, толщиной меньше 180 мкм, которые соединены горизонтальными кольцами. Такая основа хорошо поддерживает и структурирует конструкцию, но и не мешает ее работе.
Ученые поясняют, что такой размер «сердца» был намеренным, так как именно оно имеет огромное значение для данного устройства. Элементы внутри настолько тонкие, что составляющие, которые должны быть жесткими и непластичными, становятся гибкими и легко поддающимися. Такое уменьшение жестких материалов гарантирует исправную работу при постоянном «биении».
Не менее важным являются кардиомиоциты. Для их изготовления ученые взяли клетку человека и перепрограммировали ее в эмбриональную основную стволовую клетку, а затем перетрансформировали в клетку сердца.
Задействование настоящих клеток в процессе открывает возможность для применения подобных устройств в медицинской практике. Допустим, для создания насоса можно будет использовать нездоровую ткань, а затем тестировать на ней лекарства и наблюдать, как это повлияет непосредственно на сердце человека.
Авторы исследования говорят, что таким образом при извлечении клеток у конкретного человека можно проверить, подойдут ли ему лекарственные препараты, и на основе этого выстраивать лечение. Такая система воспроизводит некоторую деятельность сердца и одновременно дает возможность исследовать состояние людей, которых она будет имитировать.
Есть надежды, что это поможет исследованиям в работе сердца человека. Так будет виден рост сердца у эмбриона, влияние болезней на сердце, а так же побочные эффекты от лекарственных препаратов.
Источник: Science.org
