Чтобы мягкие ткани восстановились и выросли, им необходимо, чтобы кровеносные сосуды росли и доставляли кислород и питательные вещества. Однако вялая васкуляризация может замедлить или даже предотвратить восстановление и возобновление роста утраченных или поврежденных мягких тканей после тяжелой травмы или серьезного заболевания, такого как рак.
Чтобы ускорить формирование и формирование новых кровеносных сосудов, исследователи штата Пенсильвания объединили новый биоматериал с микрохирургическим подходом, используемым в реконструктивной хирургии , что позволило улучшить восстановление мягких тканей.
По словам команды, их работа с помощью семидневного эксперимента, подтверждающего концепцию, показала, что их метод может ускорить формирование управляемых сетей кровеносных сосудов. Они опубликовали свою работу , имеющую значение для ускорения васкуляризации и восстановления тканей, в журнале Small .
«Наш подход может открыть возможности для переопределения картины васкуляризации тканей с широким применением во многих частях человеческого тела и при различных заболеваниях, в том числе сердечно-сосудистых», — заявили автор-корреспондент Амир Шейхи, Дороти Фёр Хак и Дж. Ллойд Хак. Заведующий кафедрой ранней карьеры в области биоматериалов и регенеративной инженерии и доцент кафедры химической инженерии, связанный с биомедицинской инженерией.
В настоящее время врачи обычно используют объемные гидрогелевые каркасы — опорные структуры, изготовленные из сшитых полимерных сеток — для поддержки формирования и направления кровеносных сосудов во время реконструктивной хирургии. Однако, по словам Шейхи, строительные леса несовершенны.
«В объемных гидрогелях отсутствуют взаимосвязанные поры, а поры, которые у них есть, примерно на три порядка меньше, чем необходимо для клеточной инфильтрации или васкуляризации, что требует деградации и ремоделирования, которые могут занять недели, если не месяцы», — сказал Шейхи. «Их использовали в качестве основы для реваскуляризации тканей, но они приводят к медленной васкуляризации и случайным сосудистым сетям».
Эта задержка может привести к различным негативным последствиям, таким как серома — скопление жидкости внутри тела, которое может возникнуть после операции, инфекции и неудачной реконструктивной операции. Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали двусторонний подход: Шейхи сотрудничает с Дино Равником, соавтором исследования, заведующим кафедрой регенеративной медицины и хирургии и доцентом хирургии.
Шейхи и его лаборатория ранее разработали гранулированные гидрогелевые каркасы (GHS), которые представляют собой уникальные биоматериалы, изготовленные из упакованных гелевых частиц или микрогелей. В отличие от объемных гидрогелей, которые, как отметил Равник, обычно используются в хирургии, GHS позволяет кровеносным сосудам отрастать по заданному шаблону. Это контрастирует с объемными гидрогелями, где кровеносные сосуды принимают случайный вид по мере их повторного роста в объемных гидрогелях.
«Мы можем не только вызвать рост кровеносных сосудов, но и моделировать его в зависимости от функции ткани», — сказал Равник. «Например, капилляры кожи заметно отличаются от капилляров глаз, которые заметно отличаются от капилляров сердца, которые отличаются от капилляров толстой кишки. Если вы хотите создать регенеративную платформу для конкретной ткани, вы должны нужен капиллярный слой, который позволит этому случиться, подобно архитектурному образцу».
По словам Равника, их подход может обеспечить восстановление и регенерацию тканей в любой части тела.
«Объединение двух технологий может быть использовано для успешного восстановления тканей в любой части тела путем незначительной модификации хирургического подхода и/или GHS для применения их там, где они необходимы у пациента», — сказал Равник. «Кроме того, вместо того, чтобы заменять поврежденную или утраченную ткань рубцовой тканью, вы фактически регенерируете ее».
В хирургическом методе Равника используется техника, известная как микропунктура. Этот метод включает перфорацию существующего кровеносного сосуда с помощью крошечной иглы, чтобы помочь клеткам быстро переместиться в окружающие ткани. Это способствует ангиогенному росту, когда новые кровеносные сосуды растут и расширяются из существующих. Техника микропунктуры предотвращает образование тромбов и значительные кровотечения, частые проблемы традиционной сосудистой хирургии.
После микропунктуры исследователи могут нанести GHS непосредственно на область раны, где должно произойти формирование ткани, которая служит крошечными строительными блоками для создания каркаса, способствующего образованию кровеносных сосудов. GHS имеет четко определенную структуру пустот, предоставляющую параметры для управления кровеносными сосудами по мере их роста.
Исследователи протестировали платформу, применив технику GHS/микрохирургии к задним конечностям крыс. Они обнаружили, что кровеносные сосуды сформировались вокруг СГС в течение семи дней без каких-либо вредных последствий. Исследователи также обнаружили, что, используя GHS микрогелей разных размеров, они могут контролировать расстояния между капиллярами в получаемом рисунке сосудов.
«Мы твердо верим, что эта новая платформа GHS и микрохирургии для реконструктивной хирургии и регенеративной медицины поможет пациентам быстро вырастить новые кровеносные сосуды», — сказал Шейхи.
