P1060365

I

macji utrzymał ciężar hodowanych na nim komórek. W tym celu wymyśliliśmy nową technikę żelowania alginianu, opartą na podstawowych zasadach inżynierii.

Zaczęliśmy od umieszczania roztworu alginianu w różnych formach, a następnie mroziliśmy go, używając trzech różnych metod schładzania. Każda z nich pozwalała uzyskać inny gradient temperatury w mrożonym roztworze. Strukturę wszystkich zamrożonych próbek tworzyły kryształki lodu porozdzielane cienkimi ściankami z alginianu. Kiedy usunęliśmy te kryształki przez liofilizację (wykorzystując zjawisko sublimacji), uzyskaliśmy podłoże przypominające gąbkę, którego drobniutkie pory były odzwierciedleniem kształtu kryształków lodu. Tak jak podejrzewaliśmy, okazało się, że stosując różne metody mrożenia, można wpływać na gęstość porów, ich rozmiar i kierunek oraz liczbę połączeń między nimi [ramka na poprzedniej stronie].

Połączenia między porami są szczególnie ważne dla żywych komórek, które - posiane na takim podłożu - mogą bez przeszkód zasiedlać go w całej objętości. Swobodny i ciągły przepływ substancji odżywczych i produktów przemiany materii z i do komórek podczas inkubacji ma bardzo duże znaczenie i decyduje o ich przeżyciu. Dowiedzieliśmy się także, że gęstość połączeń między porami determinuje możliwość wrastania nowych naczyń krwionośnych w głąb formującej się tkanki po jej wszczepieniu do organizmu biorcy. Unikatowa budowa wewnętrzna podłoży, przypominająca pianę lub plaster miodu, zwiększa ich wytrzymałość mechaniczną - nawet jeśli pory stanowią ponad 95% całej objętości, podłoże może wytrzymać znaczne ciśnienie zewnętrzne.

Tak więc opanowaliśmy zdolność tworzenia podłoża o pożądanym kształcie i budowie wewnętrznej, wykonanego z naturalnego materiału niezawierającego toksycznych związków

PODŁOŻE ZASIEDLONE PRZEZ KOMÓRKI dwa miesiące po wszczepieniu do serca szczura zintegrowało się ze strefą zawału. Miejscowe naczynia krwionośne mocno wniknęły w przeszczep, podtrzymując przy życiu dojrzałe komórki mięśnia sercowego w obrębie podłoża i chroniąc przed poszerzaniem się strefy zawału.

żu bardzo dużej ich liczby. W naszym podłożu uzyskaliśmy gęstość 10⁸ komórek na centymetr sześcienny - zbliżoną do naturalnej gęstości komórek w mięśniu sercowym.

Następnie przenieśliśmy nasze zasiedlone komórkami podłoża do specjalnego inkubatora, zwanego bioreaktorem. któ-

Osiągnęliśmy WSTĘPNY CEL - potrafimy chronić serce, które ucierpiało w czasie zawału, i ZAPOBIEGAĆ jego dalszej degeneracji.

J.COR I IN. CtKuMion. twn 102, ni 19.2000 roki © AHM.WW

dlając podłoże w czasie niecałych 30 min.

Szybkość jest bardzo istotna dla utrzymania żywotno komórek, które są niezwykle wrażliwe na niedobór tlenu; j< norodna dystrybucja zaś pozwala na umieszczenie w pod

chemicznych, niepobudzającego układu odpornościowego i mającego dobrą wytrzymałość mechaniczną. W dodatku po wszczepieniu do organizmu rozkłada się ono w odpowiednim czasie. Jednak ciągle należało wyjaśnić, czy nasze podłoże będzie dla żywych komórek odpowiednim substytutem macierzy zewnątrzkomórkowej utraconej w czasie zawału.

Budowanie tkanki przed wszczepieniem naszego podłoża zwierzętom laboratoryjnym chcieliśmy sprawdzić, jak komórki serca zareagują na alginian in vitro, tzn. poza organizmem. Użyliśmy do tego celu komórek serca ze szczurzych zarodków, które to komórki - w przeciwieństwie do dojrzałych kardiomiocytów - zdolne są do podziałów. Zawiesiliśmy je w płynnej pożywce zawierającej związki odżywcze i wstrzyknęliśmy w podłoże uformowane-w płaski walec o średnicy 6 mm i wysokości 1 mm. Pod wplyweip działania niewielkiej siły odśrodkowej komórki szybko przeniknęły przez poty, równomiernie zasiery utrzymuje idealną wilgotność i stężenie gazów oraz gwarantuje ciągły przepływ pożywki przez podłoże. Monitorowaliśmy dokładnie metabolizm komórek i już po 48 godz. wykryliśmy pierwsze kurczące się miocyty. Po siedmiu dniach nadszedł czas na wszczepienie podłoża do żywego serca.

W tym celu operowaliśmy znieczulone dorosłe szczuty, które przebyły zawal lewej komory serca siedem dni wcześniej. Wykrycie zawału nie stanowiło problemu; blade, nickurczą-ce się blizny były wyraźnie widoczne w sercach wszystkich zwierząt. Umieściliśmy nasze zasiedlone komórkami podło-

SMADAR COHEN I JONATHAN IE0R od sześciu lat pracują wspólnie nad stworzeniem opatrunku dla uszkodzonego serca. Cohen, profesor biotechnologii Uniwersytetu Ben Gurlona w Izraelu, bada wpływ sygnałów zewnętrznych na komórki. Projektuje także l wytwarza polimery do celów inżynierii tkankowej i do tworzenia szkieletów leków o kontrolowanym uwalnianiu. Leor jest kardiologiem z Shelba Medical Center i dyrektorem Instytutu Kardiologicznego Neu-felda w Uniwersytecie w Te! Awiwie. Jego zainteresowanie powikłaniami zawału serca doprowadziło go do badań nad regeneracją mięśnia sercowego za pomocą transplantowanych komórek, Inżynierii tkankowej i terapii genowej.

GRUDZIEŃ 2004 ŚWIAT NAUKI 29