Επιστήμονες στις ΗΠΑ δημιούργησαν ένα μικροσκοπικό, καινοτόμο τσιπ που μιμείται πραγματικές δομές ανθρώπινων αιμοφόρων αγγείων, μεταμορφώνοντας τον τρόπο με τον οποίο η ιατρική κατανοεί, διαγιγνώσκει και θεραπεύει τις καρδιαγγειακές παθήσεις.

Η μικρορευστομηχανική συσκευή, που αναπτύχθηκε από τον Abhishek Jain, PhD, αναπληρωτή καθηγητή βιοϊατρικής μηχανικής στο Πανεπιστήμιο Texas A&M (TAMU), και την Jennifer Lee, BSc, μεταπτυχιακή φοιτήτρια βιοϊατρικής μηχανικής, έχει τη δυνατότητα να μοντελοποιεί ανευρύσματα, στένωση και διακλαδώσεις αγγείων.

Με έμπνευση από την πολύπλοκη αρχιτεκτονική πραγματικών ανθρώπινων αιμοφόρων αγγείων, τα οποία κάμπτονται, διακλαδίζονται, συστέλλονται και διαστέλλονται με τρόπους που επηρεάζουν δραματικά τη ροή του αίματος, η ομάδα ξεκίνησε να βελτιώνει τα εργαστηριακά μοντέλα, τα οποία είχαν αναπαράγει αγγεία ως ευθείες, υπεραπλουστευμένες γραμμές για χρόνια.

Τώρα, το λεγόμενο τσιπ αγγείων όχι μόνο προσομοιώνει τα αιμοφόρα αγγεία σε μικροσκοπική κλίμακα, αλλά μπορεί επίσης να παρέχει λεπτομερή εικόνα για τους μηχανισμούς των αγγειακών παθήσεων και να προωθήσει την ανακάλυψη φαρμάκων.

Μια διαφορετική προσέγγιση

Σύμφωνα με την Lee, η οποία σχεδίασε το προηγμένο τσιπ αγγείων , η τεχνολογία μπορεί να προσαρμοστεί σε μεμονωμένους ασθενείς και να προσφέρει μια εναλλακτική λύση χωρίς τη χρήση ζώων για φαρμακευτικές δοκιμές και έρευνα για τη ροή του αίματος.

«Υπάρχουν διακλαδισμένα αγγεία ή ανευρύσματα που παρουσιάζουν ξαφνική επέκταση και στη συνέχεια στένωση που περιορίζει το αγγείο», εξήγησε ο μεταπτυχιακός φοιτητής, προσθέτοντας ότι οι διαφορετικοί τύποι αγγείων προκαλούν σημαντικές αλλαγές στη ροή του αίματος , οι οποίες με τη σειρά τους επηρεάζουν την κυτταρική συμπεριφορά και την εξέλιξη της αγγειακής νόσου. «Αυτό θέλαμε να μοντελοποιήσουμε».

Ο Abhishek Jain, PhD, αναπληρωτής καθηγητής βιοϊατρικής μηχανικής στο TAMU, και η Jennifer Lee, φοιτήτρια μεταπτυχιακού επιπέδου βιοϊατρικής μηχανικής, με το τσιπ.

Σύμφωνα με πληροφορίες, το τσιπ χρησιμοποιεί ανθρώπινα ενδοθηλιακά κύτταρα , τα οποία αποτελούν την επένδυση του αιμοφόρου αγγείου. Η ομάδα, ωστόσο, ελπίζει να συμπεριλάβει και άλλα κύτταρα για να δει τις επιπτώσεις των αλληλεπιδράσεών τους και της ροής του αίματος.

«Μπορούμε τώρα να αρχίσουμε να μαθαίνουμε για τις αγγειακές παθήσεις με τρόπους που δεν είχαμε καταφέρει ποτέ πριν», είπε ο Jain, σημειώνοντας ότι οι δομές μπορούν ακόμη και να γίνουν ζωντανά συστήματα μόλις ενσωματωθεί σε αυτές πραγματικό κυτταρικό και ιστικό υλικό. «Αυτές είναι οι θέσεις όπου αναπτύσσονται αγγειακές παθήσεις, επομένως η κατανόησή τους είναι κρίσιμη».

Μικρό τσιπ με μεγάλες δυνατότητες

Ως άριστη προπτυχιακή φοιτήτρια με άριστα, η Lee ξεκίνησε το ταξίδι της στη βιοϊατρική μηχανική που βασίζεται σε τσιπ. Είπε ότι η έρευνα σηματοδοτεί ένα σημαντικό βήμα προς πιο φυσιολογικά ακριβή, ειδικά για τον ασθενή μοντέλα δοκιμών .

«Η Τζένιφερ έδειξε επιμονή, περιέργεια και δημιουργικότητα και άρχισε να αναλαμβάνει ερευνητικά έργα πολύ γρήγορα», δήλωσε ο Τζάιν, προσθέτοντας ότι παρά το γεγονός ότι είχε ελάχιστες προηγούμενες γνώσεις σχετικά με την τεχνολογία οργάνων σε τσιπ, ο Λι γρήγορα μεταπήδησε στην ηγεσία έρευνας υψηλού αντίκτυπου μέσω του ταχέως εξελισσόμενου μεταπτυχιακού προγράμματος του πανεπιστημίου.

Εν τω μεταξύ, η Lee τόνισε τη δυναμική του τσιπ. «Προχωράμε και δημιουργούμε αυτό που ονομάζουμε τέταρτη διάσταση οργάνων σε τσιπ, όπου δεν εστιάζουμε μόνο στα κύτταρα και τη ροή, αλλά σε αυτήν την αλληλεπίδραση κυττάρων και ροής σε πιο σύνθετες αρχιτεκτονικές καταστάσεις, η οποία αποτελεί μια νέα κατεύθυνση στον τομέα», είπε.

Ο Abhishek Jain, PhD, και η Jennifer Lee έχουν αναπαράγει τα διάφορα σχήματα αιμοφόρων αγγείων στο τσιπ αγγείου.

Αναλογιζόμενη την εμπειρία της, η φοιτήτρια σημείωσε ότι η έρευνα παρείχε πολύτιμες ευκαιρίες για αλληλεπίδραση με συνομηλίκους, μεταπτυχιακούς φοιτητές και μεταδιδακτορικούς ερευνητές σε ένα υποστηρικτικό περιβάλλον, στο οποίο μάθαινε διαρκώς νέα πράγματα.

«Μπορείς να μάθεις να εργάζεσαι και να επικοινωνείς ομαδικά, με εργασιακή ηθική και απλώς να δοκιμάζεις διαφορετικά πράγματα», κατέληξε σε δελτίο τύπου . «Νομίζω ότι είναι μια τόσο πολύτιμη εμπειρία που έχουν στη διάθεσή τους οι φοιτητές. Έχουμε τόσο καλά ερευνητικά εργαστήρια διδακτικού προσωπικού».

Το Πρόγραμμα Ιατρικής Έρευνας του Στρατού των ΗΠΑ, η NASA, τα NIH και ο FDA έχουν υποστηρίξει τη μελέτη, η οποία δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Lab on a Chip .