Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) vừa công bố trên tạp chí Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) một mô hình 'chip mạch máu' cho phép điều khiển chính xác hướng mọc, chiều dài và số lượng mao mạch bằng cách sử dụng từ trường tác động cơ học nhẹ nhàng. Phương pháp này hứa hẹn giải quyết bài toán thiếu hụt mạng lưới mạch máu trong các mô nhân tạo.

Mô hình 'chip mạch máu' hoạt động thế nào?

Mô hình gồm một động mạch trung tâm được tạo từ tế bào nội mô mạch máu người, bao quanh bởi gel collagen giàu dinh dưỡng có gắn một nam châm siêu nhỏ. Nhóm nghiên cứu sử dụng nam châm bên ngoài để di chuyển nam châm siêu nhỏ trong gel, tạo ra lực kéo nhẹ lên động mạch trung tâm một cách lặp đi lặp lại.

Kết quả thí nghiệm: Điều khiển mao mạch mọc theo ý muốn

Thí nghiệm cho thấy kích thích cơ học lặp lại thúc đẩy động mạch trung tâm mọc ra các mao mạch mới. Khi thay đổi hướng kéo, các mao mạch mới sẽ điều chỉnh hướng mọc tương ứng. Khi thay đổi biên độ kéo, số lượng và chiều dài mao mạch thay đổi: kéo gel khoảng 5% làm mao mạch mọc nhiều hơn; kéo 15% làm số lượng mao mạch giảm nhưng chiều dài tăng đáng kể.

So sánh với phương pháp truyền thống

Trước đây, xây dựng mạch máu nhân tạo chủ yếu dựa vào tín hiệu hóa học như yếu tố tăng trưởng hoặc công nghệ in 3D, nhưng các phương pháp này khó kiểm soát chính xác vị trí và hình thái mạch máu. Phương pháp mới dùng kích thích cơ học có thể điều chỉnh chính xác, cung cấp hướng tiếp cận mới để xây dựng mạng lưới vi mạch có trật tự.

Cơ chế sinh học: Vai trò của kênh ion PIEZO1

Nhóm nghiên cứu cũng làm sáng tỏ cơ chế sinh học: họ sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen để ức chế gen PIEZO1 trong tế bào nội mô, sau đó lặp lại thí nghiệm và thấy số lượng mao mạch mới giảm rõ rệt. Gen PIEZO1 mã hóa một kênh ion nhạy cảm với áp lực cơ học, và kích thích cơ học kích hoạt kênh ion này, thúc đẩy hình thành mạch máu.

Triển vọng ứng dụng trong tương lai

Hiện công nghệ này mới ở giai đoạn chứng minh nguyên lý. Bước tiếp theo, nhóm nghiên cứu sẽ thử nghiệm xây dựng mạng lưới mạch máu có trật tự có thể cung cấp máu cho mô và cơ quan nhân tạo, đồng thời nghiên cứu ảnh hưởng của việc điều khiển chính xác sự phát triển mạch máu lên chức năng cơ nhân tạo. Phương pháp này hứa hẹn ứng dụng trong tái tạo mô có mạch máu, sàng lọc thuốc trên chip cơ quan, và nghiên cứu hình thành mạch máu trong khối u.

Ảnh: DoPhuongcamera / Pixabay