Кровеносные сосуды человека представляют собой сложную сеть, которая далеко не ограничивается простыми прямыми трубками. Они изгибаются, ветвятся, сужаются и расширяются, формируя запутанные пути, влияющие на движение крови по организму. Долгое время лабораторные модели рассматривали сосуды как однородные прямые каналы, что, хотя и было полезно для базовых исследований, не отражало реальных условий, в которых развиваются многие сосудистые заболевания.

Новая технология моделирования сосудов

Чтобы точнее воспроизвести структуру человеческих кровеносных сосудов, исследователи из кафедры биомедицинской инженерии Техасского университета A&M разработали настраиваемую систему «чип-сосудов». Эта инновационная технология позволяет ученым более реалистично изучать сосудистые заболевания и тестировать новые лекарства. Чип-сосуды — это микрофлюидные устройства, имитирующие сосуды человека в миниатюрном масштабе. Их можно адаптировать под конкретного пациента, а также использовать для анализа кровотока и оценки потенциальных методов лечения без необходимости проведения экспериментов на животных.

Магистрантка Дженнифер Ли, работая в лаборатории доктора Абхишека Джайна, создала усовершенствованный чип-сосуд, способный воспроизводить широкий спектр форм, встречающихся в реальных сосудах. «Существуют разветвленные сосуды, аневризмы с внезапным расширением, а также стенозы, приводящие к сужению просвета. Все эти типы сосудов существенно меняют характер кровотока и уровень сдвигового напряжения на внутренней поверхности сосуда», — объясняет Ли. — «Именно это мы и стремились смоделировать».

Развитие проекта и научная значимость

Работа Ли основана на предыдущих исследованиях лаборатории. Несколько лет назад её наставник, доктор Танмай Матур, разработал прямолинейный чип-сосуд. Оба проекта были реализованы в Лаборатории биовдохновленных трансляционных микросистем под руководством Джайна, доцента и стипендиата факультета биомедицинской инженерии. Исследование Ли опубликовано в журнале Lab on a Chip и будет представлено на обложке майского выпуска 2025 года. «Теперь мы можем изучать сосудистые заболевания так, как раньше это было невозможно», — отмечает Джайн. — «Мы можем не только создавать сложные структуры, но и помещать внутрь настоящие клетки и ткани, делая их живыми. Именно в таких местах часто развиваются сосудистые патологии, поэтому их понимание крайне важно».

Путь исследовательницы

Дженнифер Ли присоединилась к лаборатории Джайна ещё будучи студенткой программы с отличием, стремясь получить практический опыт исследований. В то время она мало знала о технологиях органов-на-чипе, но, изучая эту область, заинтересовалась её потенциалом для будущей медицины. Этот интерес подтолкнул её продолжить работу в ускоренной магистерской программе. «Дженнифер проявила настойчивость, любознательность и креативность, быстро включилась в исследовательские проекты. Наша ускоренная программа позволяет студентам, как Дженнифер, заниматься значимыми и рискованными исследованиями, доводить их до результата и публикации», — отмечает Джайн.

Перспективы развития технологии

Хотя нынешний чип-сосуд уже обеспечивает более реалистичное моделирование сосудов, команда планирует дальнейшее развитие проекта. Пока модель Ли включает только эндотелиальные клетки — клетки, выстилающие внутреннюю поверхность сосуда, — но в будущем планируется добавить и другие типы клеток. Это позволит глубже понять, как различные ткани взаимодействуют друг с другом и с кровотоком. «Мы движемся к созданию так называемой четвертой размерности органов-на-чипе, когда фокусируемся не только на клетках и потоке, но и на их взаимодействии в более сложных архитектурных состояниях — это новое направление в области», — говорит Джайн.

Практические навыки и командная работа

Помимо технических знаний, Ли отмечает, что работа в лаборатории помогла ей развить практические умения, выходящие за рамки учебной программы. Совместная работа с коллегами, аспирантами и постдоками дала ей опыт командной работы, коммуникации и решения проблем. «Это отличная среда для взаимодействия не только с коллегами, но и с аспирантами и постдоками», — говорит она. — «Можно научиться командной работе, коммуникации, трудовой этике, попробовать себя в разных задачах. Думаю, это очень ценный опыт для студентов. У нас отличные исследовательские лаборатории».

Поддержка и финансирование

Проект получил поддержку от ряда крупных организаций, включая Медицинскую исследовательскую программу армии США, NASA, Управление перспективных биомедицинских исследований и разработок, Национальные институты здравоохранения, Управление по контролю за продуктами и лекарствами США, Национальный научный фонд и Инновационный фонд Техасского университета A&M.