Учени от Виенския технологичен университет са разработили нов начин за създаване на малки кръвоносни съдове в хидрогеловете. За целта те са използвали ултракъси лазерни импулси. Технологията им е позволила бързо и точно да формират стабилни съдови мрежи в модели на органи-върху-чипа. По този начин изследователите са успели да създадат фрагмент от черен дроб със собствена система от кръвоносни съдове. Това е стъпка към по-реалистични и точни изследвания на лекарствата и биологичните процеси – без необходимост от експерименти с животни или хора.

За да разберат как лекарствата се придвижват, преработват и абсорбират в различните тъкани, учените се нуждаят от фини съдови мрежи. Един от най-добрите начини е да се формират такива съдове директно в хидрогеловете. Тези материали са толкова пропускливи, колкото и истинските тъкани, като в същото време са подходящи за поддържане на живите клетки. Ако в хидрогела се създадат миниатюрни канали, може да се направлява растежът на структури, подобни на кръвоносните съдове. Ендотелните клетки – същите клетки, които изграждат кръвоносните съдове в тялото – се разполагат в тези канали. Резултатът е модел, който е възможно най-близък до реалната съдова система както по структура, така и по функция.

Основният проблем е геометрията – трудно е да се контролират прецизно формата и размерът на тези малки съдови мрежи. При подходите, при които съдовете се образуват сами, тяхната структура варира значително в различните проби. Поради това е невъзможно да се провеждат идентични и контролирани експерименти, а това е от съществено значение за надеждните изследвания в медицината и биологията.

Затова учените прилагат лазерна технология. С помощта на ултракъси лазерни импулси във фемтосекундния диапазон те бързо и точно създават триизмерни микроканали в хидрогелове на разстояние само сто микрометра, което имитира естествената плътност на съдовете в органите.

Важно е не само точното оформяне на съдовете, но и тяхната здравина – така че да запазят формата си, след като бъдат населени с живи клетки. Работата е в това, че клетките активно променят заобикалящата ги среда. Това може да доведе до деформация или дори до разрушаване на изкуствените съдове. За да избегнат тези проблеми, учените променят подхода към подготовката на материала. Вместо обичайния едноетапен метод, те използват двуетапно нагряване: хидрогелът се нагрява два пъти, но при различни температури. Това укрепва структурата на материала.

В резултат на това съдовете, създадени в такъв хидрогел, стабилно запазват формата си. За образуването на 30 канала са били необходими само 10 минути – 60 пъти по-бързо, отколкото при използването на други технологии.

За да се симулират реалистично биологичните процеси върху чипа, изкуствените тъкани трябва да се държат като истински. Експериментите показват, че ендотелните клетки в изкуствените кръвоносни съдове реагират по същия начин като живите клетки в тялото. Така например те стават по-пропускливи по време на възпаление.

Учените са разработили модел на фрагмент от черен дроб върху чип с контролирана триизмерна съдова мрежа, която точно имитира кръвоносната система на истинския орган. Създаването на многопластови микросъдове, които пронизват тъканта, осигурява адекватно хранене и кислород и подобрява функцията на модела на черния дроб. Това е важна стъпка към превръщането на технологията в стандартен инструмент в медицинските изследвания.