Самоорганизующиеся кровеносные сосуды головного мозга: 3D-модель предлагает прогресс в лечении болезни Альцгеймера
Исследовательские группы под руководством профессора Джина Джана с кафедр машиностроения, естественных наук, инженерии конвергенции ИТ и Высшей школы конвергенции в POSTECH, а также профессора Сун Ха Пэка с кафедры нейрохирургии больницы Сеульского национального университета успешно разработали 3D-модель, точно имитирующую гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) в лабораторных условиях.
Это исследование опубликовано в журнале Biomaterials Research .
Нейродегенеративные заболевания, включая болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и боковой амиотрофический склероз (БАС), являются результатом прогрессирующего снижения функций мозга и нервной системы, в первую очередь из-за старения.
Хроническое нейровоспаление, ключевой фактор этих расстройств, возникает из-за сложных взаимодействий между кровеносными сосудами мозга и нервными клетками , где ГЭБ играет ключевую регуляторную роль. Однако существующие модели ГЭБ не смогли воспроизвести сложную трехмерную 3D-структуру кровеносных сосудов мозга, что создает значительные проблемы для исследований и разработки лекарств.
Чтобы устранить эти ограничения, исследовательская группа разработала цереброваскулярно-специфические биочернила с использованием «децеллюляризированного внеклеточного матрикса» (CBVdECM), полученного из свиного мозга и кровеносных сосудов. Кроме того, группа применила технологию 3D-биопечати для создания трубчатой сосудистой модели, которая точно воспроизводит анатомическую структуру и функцию человеческого ГЭБ.
Ключевой особенностью этой модели является спонтанное формирование двухслойной структуры без внешних стимулов.
Когда «HBMEC (микрососудистые эндотелиальные клетки человеческого мозга)» и «HBVP (сосудистые перициты человеческого мозга)» были включены в биочернила CBVdECM и напечатаны, эндотелиальные клетки самоорганизовались во внутреннюю сосудистую стенку, в то время как перициты образовали окружающий слой. Это привело к созданию двухслойной структуры, которая очень напоминает архитектуру настоящих кровеносных сосудов.
Кроме того, исследовательская группа успешно воспроизвела процесс расположения и организации «белков плотного соединения», компонента, который обычно отсутствует в обычных 2D-моделях. Кроме того, проницаемость ГЭБ и воспалительные реакции наблюдались после воздействия веществ, вызывающих воспаление (ФНО-α и ИЛ-1β).
Такой подход позволил точно смоделировать нейровоспалительные механизмы, что дало критически важное представление о роли дисфункции ГЭБ и воспаления в патофизиологии нейродегенеративных заболеваний .
Профессор Сун Ха Пэк из больницы Сеульского национального университета прокомментировал: «Это исследование предоставляет важную платформу для изучения патологических механизмов нейровоспаления и разработки новых терапевтических стратегий».
Профессор Джина Джанг из POSTECH добавил: «Мы стремимся интегрировать дополнительные типы клеток, такие как глиальные клетки , нейроны и иммунные клетки , чтобы усовершенствовать методы количественной оценки воспалительных реакций и проницаемости, а также расширить возможности для моделей заболеваний, специфичных для пациентов».