Исследователи разработали «мозг на чипе», использующий человеческую ткань для моделирования того, как нарушается гематоэнцефалический барьер — защитная оболочка мозга — во время воспаления и заболеваний. Технология позволяет увидеть, как цитокиновый шторм и утечка белков крови приводят к повреждению клеток мозга, а также показала, что особые клетки — перициты — способны восстанавливать этот барьер.
Работа выполнена в Университете Рочестера (University of Rochester) и опубликована в журналах Advanced Science и Materials Today Bio.
Когда воспаление атакует мозг
Во время операций или инфекций, таких как сепсис, воспаление может повредить органы, включая мозг, вызывая долговременные когнитивные нарушения, особенно у пожилых пациентов.
В одном из исследований, опубликованном в Advanced Science, команда под руководством профессора Джеймса Макграфа, руководителя Центра трансляционных барьерных микрофизиологических систем (TraCe-bMPS) при Университете Рочестера, использовала тканевые чипы, чтобы наблюдать, как цитокиновый шторм разрушает гематоэнцефалический барьер.
«Мы обнаружили, что два стрессовых сигнала — белки крови, такие как фибриноген, проникающие в мозг, и воспалительные цитокины — совместно вызывают повреждения клеток астроцитов», — пояснил соавтор исследования, аспирант кафедры биомедицинской инженерии Кайхуа Чэнь.
Учёные также показали, что естественное давление кровотока помогает барьеру сохранять прочность, даже при сильном воспалении.
«Это демонстрирует, как биология и инженерия объединяются, чтобы объяснить, как мозг защищает себя — и что идёт не так при болезни», — добавил Макграф.
В будущем команда планирует включить в модель микроглию — иммунные клетки мозга, чтобы точнее исследовать механизмы повреждения нейронов. Учёные надеются, что чип можно будет использовать для скрининга нейропротекторных препаратов и подбора терапии индивидуально для каждого пациента.
«Если пациенту предстоит операция или химиотерапия, способная вызвать цитокиновый шторм, можно будет создать чип с моделированием ткани конкретного пациента и подобрать оптимальное лечение для защиты мозга», — отметил Макграф.
Перициты — ключ к восстановлению барьера
Второе исследование, опубликованное в Materials Today Bio, сосредоточено на перицитах — крошечных клетках поддержки, играющих важную роль в стабильности кровеносных сосудов мозга.
Команда Макграфа создала на чипе искусственные дефекты в эндотелиальной ткани (внутреннем слое сосудов) и добавила перициты, чтобы наблюдать их взаимодействие.
«Эндотелиальным клеткам сложно восстановить барьер при больших повреждениях. Но когда мы добавляем перициты, они образуют прочную матрицу, заполняя пробелы и помогая восстановить целостность барьера», — объяснил Макграф.
Этот эксперимент показывает, что введение перицитов может стать новым направлением терапии для защиты мозга при воспалении и нейродегенеративных заболеваниях.
«Потеря перицитов характерна для многих болезней мозга. Теперь у нас есть модель, где они могут выполнять защитную роль, что открывает путь к новым исследованиям и потенциальным способам лечения», — отметила аспирантка Мишель Тремпел, ведущий автор работы.
Литература.
“Pericytes repair engineered defects in the basement membrane to restore barrier integrity in an in vitro model of the blood-brain barrier” by James McGrath et al. Materials Today Bio
