Μια σημαντική επιστημονική εξέλιξη στον τομέα της βιοϊατρικής μηχανικής έρχεται να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο μελετώνται οι αγγειακές παθήσεις και δοκιμάζονται τα νέα φάρμακα.
Ερευνητές από το Τμήμα Βιοϊατρικής Μηχανικής του Πανεπιστημίου Texas A&M δημιούργησαν ένα προηγμένο, «ζωντανό» σύστημα «αγγείου σε τσιπ» (vessel-on-a-chip), το οποίο καταφέρνει για πρώτη φορά να αναπαραστήσει τη σύνθετη αρχιτεκτονική των ανθρώπινων αιμοφόρων αγγείων, περιλαμβάνοντας τις στενώσεις, τις διακλαδώσεις και τα ανευρύσματα όπου συνήθως ξεκινούν οι ασθένειες.
Μέχρι σήμερα, τα εργαστηριακά μοντέλα αντιμετώπιζαν τα αιμοφόρα αγγεία ως ευθείς, ομοιόμορφους σωλήνες. Αν και χρήσιμα, αυτά τα απλοποιημένα σχέδια αδυνατούσαν να αποδώσουν τις πραγματικές αιμοδυναμικές συνθήκες και τις δυνάμεις τριβής (shear stress) που αναπτύσσονται στο εσωτερικό των αγγείων όταν το αίμα αναγκάζεται να στρίψει, να επιβραδύνει ή να επιταχύνει.
Από τους ευθείς σωλήνες στην τρισδιάστατη πολυπλοκότητα
Η έρευνα, η οποία πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Βιοεμπνευσμένων Μεταφραστικών Μικροσυστημάτων (Bioinspired Translational Microsystems Laboratory) υπό την καθοδήγηση του αναπληρωτή καθηγητή Dr. Abhishek Jain, βασίστηκε σε προηγούμενα μοντέλα ευθειών αγγείων. Η Jennifer Lee, μεταπτυχιακή φοιτήτρια βιοϊατρικής μηχανικής και επικεφαλής της μελέτης, σχεδίασε το νέο παραμετροποιήσιμο τσιπ ώστε να μιμείται ανατομικές ανωμαλίες όπως:
- Ανευρύσματα: Ξαφνικές διευρύνσεις του αγγείου.
- Στενώσεις (stenosis): Περιορισμούς και στενέματα που εμποδίζουν τη ροή.
- Διακλαδώσεις: Σημεία όπου το αγγείο χωρίζεται στα δύο.
«Όλοι αυτοί οι διαφορετικοί τύποι αγγείων προκαλούν σημαντικές αλλαγές στο μοτίβο ροής του αίματος, γεγονός που επηρεάζει άμεσα το εσωτερικό τοίχωμα του αγγείου», εξηγεί η Lee.
Τοποθετώντας πραγματικό κυτταρικό υλικό στο εσωτερικό αυτών των μικρορευστονικών δομών, οι επιστήμονες κατάφεραν να κάνουν το μοντέλο «ζωντανό», προσφέροντας μια ρεαλιστική πλατφόρμα μελέτης χωρίς τη χρήση πειραματόζωων, η οποία επιπλέον μπορεί να προσαρμοστεί στα δεδομένα του εκάστοτε ασθενούς (εξατομικευμένη ιατρική).
Το επόμενο βήμα: Η τέταρτη διάσταση των Organs-on-a-Chip
Αυτή τη στιγμή, το μοντέλο της Lee περιλαμβάνει μόνο ενδοθηλιακά κύτταρα (τα κύτταρα που σχηματίζουν την εσωτερική επένδυση των αγγείων). Ωστόσο, η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει ήδη να ενσωματώσει και άλλους τύπους κυττάρων στο μέλλον, ώστε να μελετηθεί η αλληλεπίδραση διαφορετικών ιστών με το ρέον αίμα.
«Προχωράμε προς αυτό που ονομάζουμε τέταρτη διαστασιμότητα των οργάνων σε τσιπ», αναφέρει ο Dr. Jain. «Δεν εστιάζουμε μόνο στα κύτταρα και τη ροή, αλλά στην αλληλεπίδραση κυττάρων και ροής σε ακόμα πιο περίπλοκες αρχιτεκτονικές καταστάσεις, κάτι που αποτελεί εντελώς νέα κατεύθυνση για τον κλάδο μας».
Η έρευνα δημοσιεύθηκε στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό Lab on a Chip και κοσμεί το εξώφυλλο του τεύχους Μαΐου 2025, έχοντας λάβει υποστήριξη από κορυφαίους οργανισμούς των ΗΠΑ, όπως το National Institutes of Health (NIH), η NASA και ο Οργανισμός Τροφίμων και Φαρμάκων (FDA).
