В Сеченовском университете создадут автоматизированный биореактор для выращивания тканей и органов
Современные технологии тканевой инженерии позволяют создавать ткани организма на основе собственных клеток человека с помощью 3D-биопечати и культивирования в биореакторе. Чтобы создавать сложные биоэквиваленты, необходим многоячеистый биореактор. Он должен обеспечивать для клеток-предшественников разные виды механических воздействий, чтобы они дифференцировались в нужный тип ткани. В частности, это даст возможность получить первый результат мегапроекта «Орган-на-заказ» – биоэквивалент пародонтального комплекса.
«Мезенхимные стволовые клетки, которые используются для формирования тканеинженерных конструктов, по-разному реагируют на факторы среды: например, для формирования костной ткани необходимы механические стимулы, такие как сжатие и растяжение. Эти воздействия запускают процессы дифференцировки клеток, влияя на их цитоскелет и за счет этого изменяя экспрессию генов, что определяет дальнейший синтез белков и развитие ткани. В отсутствие данных стимулов эти клетки с большей вероятностью будут дифференцироваться в клетки жировой ткани. Поэтому мы разрабатываем многоячеистый биореактор, который позволит индивидуально задавать условия для каждого типа ткани», — рассказала научный сотрудник Института регенеративной медицины Дарья Ревокатова.
На данный момент ученые создали прототип ячейки, способной обеспечить необходимое растяжение с помощью специальной мембраны — она позволит формировать пародонтальную связку. В разработке также находится модуль для сжатия — с его помощью будет создаваться костная ткань. В дальнейшем ученые создадут и другие модули, способные обеспечивать условия, необходимые для культивирования разных типов тканевых эквивалентов.
Аналогов такому биореактору в России нет, а единственный зарубежный аналог подходит лишь для ограниченного круга исследовательских задач. Кроме того, ему не хватает автоматизации: как и в большинстве других биореакторов, замену питательной среды и измерение ее параметров (pH, содержание кислорода и углекислого газа) в нем приходится проводить вручную. Новый биореактор решит эти проблемы за счет системы датчиков, которая будет отслеживать параметры среды в режиме реального времени. Утилизация старой питательной среды и подача новой также будут проводиться автоматически.
«Когда речь идет об одном образце, контролировать его созревание несложно. Но проект „Орган-на-заказ“ требует работы с множеством тканеинженерных конструктов одновременно. Автоматизация позволит снизить нагрузку на персонал, а также уменьшить вероятность ошибок», — пояснила Дарья Ревокатова.
Ближайшие планы исследователей включают доработку прототипов ячеек для растяжения и сжатия, а также создание системы контроля параметров среды. В дальнейшем ученые намерены разработать комбинированные модули, которые позволят культивировать сразу несколько типов тканей в одном биореакторе. Это станет важным шагом на пути к созданию сложных конструкций, таких как пародонтальный комплекс, целиком, без разделения на отдельные сегменты по типу ткани.
Работа ведется в рамках гранта Министерства науки и высшего образования России.
