В Сеченовском Университете научились управлять формой живых клеточных конструкций для выращивания тканей

Ученые Сеченовского Университета разработали технологию, позволяющую управлять формой клеточных сфероидов — трехмерных живых микроконструкций, которые используются как строительные блоки для выращивания тканей и создания биоинженерных моделей органов. Новый подход позволяет получать не только классические сферические структуры, но и клеточные агрегаты заданной формы — например, квадратные, призматические и звездообразные. Это открывает новые возможности для тканевой инженерии, биопечати и тестирования лекарств. Результаты исследования были опубликованы в журнале Biofabrication.

Клеточные сфероиды — это компактные трехмерные скопления клеток, которые способны имитировать свойства живой ткани гораздо точнее, чем традиционные клеточные культуры. Их используют для создания тканевых конструкций, моделирования заболеваний и оценки действия лекарственных препаратов. Однако у таких систем есть фундаментальное ограничение: под действием внутренних механических сил клетки стремятся собраться в форму, близкую к шару.

Исследователи из Института регенеративной медицины Сеченовского Университета предложили способ управлять этим процессом. Для этого они создали специальные микроформы с заданной геометрией с помощью 3D-печати и поместили в них клетки. Также ученые временно изменяли механические свойства клеток, регулируя работу их цитоскелета — внутреннего каркаса, который отвечает за форму и напряжение клетки.

Такой подход позволил формировать устойчивые клеточные конструкции различной геометрии — от «кирпичиков» до звездчатых структур, сохраняя их жизнеспособность и способность к дальнейшему росту и перестройке.

Чтобы понять, как именно формируются такие структуры, ученые объединили экспериментальные наблюдения с компьютерным моделированием. С помощью прижизненной видеомикроскопии и инструментов искусственного интеллекта они анализировали, как меняется форма клеточных агрегатов во времени, а затем сопоставляли эти данные с математической моделью, описывающей поведение клеточной массы как вязкой среды. Это позволило количественно оценить механические параметры, определяющие сборку живой ткани.

Особенно важным оказалось то, что несферические клеточные конструкции обладают увеличенной площадью поверхности по отношению к объему. Это улучшает транспорт кислорода и питательных веществ внутрь ткани и может повысить эффективность формирования более крупных тканевых структур.

«Мы привыкли воспринимать клеточные сфероиды как естественно округлые структуры, но в действительности их геометрией можно управлять, если понимать механические законы, по которым клетки взаимодействуют друг с другом. Наша работа показывает, что форма клеточной конструкции — это инструмент, с помощью которого можно управлять ее функциональными свойствами. В перспективе такие подходы могут использоваться для создания более сложных тканевых архитектур, ускорения сборки биоинженерных конструкций и разработки новых платформ для тестирования лекарств», — отметил научный руководитель НТПБ ПетрТимашев.

По словам исследователей, следующим этапом станет изучение того, как заданная форма влияет на поведение клеток, их взаимодействие и формирование полноценных тканевых структур. В дальнейшем технология может быть интегрирована в системы биопечати и использоваться для создания тканей с заранее заданной архитектурой.

Материал и фотографии - пресс-служба Сеченовского Университета.

Опубликовано на: https://www.sechenov.ru/pressroom/news/v-sechenovskom-universitete-nauchilis-upravlyat-formoy-zhivykh-kletochnykh-konstruktsiy-dlya-vyrashch/