Учёные создали миниатюрный «кровеносный сосуд на чипе», чтобы понять механизм действия змеиных ядов и использовать эту информацию для разработки противоядий.
Новая 3D-модель кровеносного сосуда представляет собой так называемый «орган на чипе» – устройство, симулирующее работу органа или системы живого организма при помощи микроконтейнеров, микроканалов и клеточных культур. Она включает в себя клетки эндотелия, обычно выстилающие внутреннюю поверхность кровеносных сосудов, и внеклеточный матрикс – соединительную ткань, обеспечивающую механическую поддержку клеток. Эта модель чрезвычайно точно имитирует форму и клеточную структуру крошечных кровеносных сосудов и движение крови через них. Традиционно органы на чипе используют для изучения особенностей работы различных систем организма и тестирования новых препаратов, однако в этом случае на примере модели учёные рассматривали, как разные типы змеиных ядов наносят вред кровеносным сосудам.
В частности, в рамках нового исследования команда Центра биологического разнообразия Натуралис подвергла искусственные сосуды действию ядов четырёх видов змей: очковой кобры (Naja naja), западноафриканской ковровой гадюки (Echis ocellatus), южнокитайского многополосого крайта (Bungarus multicinctus) и мозамбикской кобры (Naja mossambica). Эти змеи представляют два самых ядовитых семейства пресмыкающихся – аспидовых и гадюковых. Для понимания того, как именно токсины в змеином яде действуют на модельные кровеносные сосуды, учёные использовали комплекс специализированных техник медицинской визуализации. Пуская яды по чипам, исследователи обнаружили, что одни «коктейли» токсинов напрямую травмируют мембраны эпителиальных клеток, а другие – разрушают внеклеточный матрикс, вызывая коллапс сосудов.
В настоящий момент науке известны более 600 видов ядовитых змей. Помимо поражения кровеносных сосудов, токсины в их ядах также могут воздействовать и на другие системы, включая центральную и периферийную нервные системы, лёгкие, почки, печень и пр. Каждый год во всём мире регистрируют от 1,8 до 2,7 млн змеиных укусов. От 81 до 138 тысяч случаев заканчиваются гибелью жертвы, и втрое больше людей испытывают постоянные инвалидизирующие последствия, например, ампутацию конечности, почечную и печёночную недостаточность и пр. Самым эффективным методом лечения является введение противоядия, которое включает иммунную систему пострадавшего для борьбы с токсинами. Однако, к сожалению, противоядия не всегда срабатывают как полагается, порой вызывая аллергическую реакцию и лишь усугубляя ситуацию. Именно потому уже много лет исследователи пребывают в поисках универсальных противоядий с новым принципом работы, способным минимизировать риск аллергической реакции при максимально обширном спектре воздействия на яды.
По словам биолога Матьяша Биттенбиндера, модели предоставили его команде абсолютно правдоподобную демонстрацию того, как токсины атакуют кровеносные сосуды живых организмов. Используя органы на чипе, исследователи могут разрабатывать новые методики купирования эффекта змеиных укусов, уменьшая зависимость данной сферы исследований от животных моделей. Хотя мыши и другие млекопитающие разделяют некоторые аспекты человеческой биологии, кровеносные сосуды на чипе дают более чёткую и правдоподобную картину, а также проще поддаются всевозможным модификациям. К тому же применение таких инновационных технологий является более этичным и экономически выгодным, нежели содержание лабораторных животных. Имея в распоряжении такую удобную и эффективную экспериментальную платформу, учёные надеются смоделировать воздействие на кровеносные сосуды как можно больше числа известных змеиных ядов. Исследователи рассчитывают, что полученные данные найдут применение в процессе разработки универсального противоядия.
Источник изображений: MIMETAS & Nikon BioImaging lab / Mátyás Bittenbinder