Bij ziekten zoals malaria en sikkelcelziekte, rode bloedcellen breken af, met schadelijke effecten op de rest van het lichaam – met name de bekleding van kleine bloedvaten.

Biomedische ingenieurs hebben een modelsysteem ontwikkeld om deze problemen te bestuderen, die ook potentieel heeft voor gebruik bij andere hart- en vaatziekten. Het systeem bouwt een netwerk van kunstmatige bloedvaten, op basis van bekende "hydrogel"-materialen die oplossen met warmte:gelatine en agarose, een suiker afgeleid van zeewier.

De resultaten zijn onlangs gepubliceerd door Natuur Biomedische Technologie .

"De belangrijkste technologische innovatie hier is dat onze hydrogel deze vaten weken tot maanden kan laten groeien, die veel langer is dan standaardbenaderingen, " zegt senior auteur Wilbur Lam, MD, doctoraat "Met dit systeem we kunnen niet alleen bestuderen hoe bloedvaten reageren op aspecten van ziekte, maar ook hoe goed de bloedvaten in de loop van de tijd zullen genezen zodra die beledigingen zijn verwijderd."

Lam is assistent-professor bij de afdeling Kindergeneeskunde aan de Emory University School of Medicine en bij de Wallace H. Coulter Department of Biomedical Engineering aan Georgia Tech en Emory University.

Werken met Lam, instructeur Yongzhi Qiu, doctoraat en collega's construeerden een op hydrogel gebaseerd microfluïdisch apparaat, met vertakkende vaten van ongeveer 20 micrometer breed. Het apparaat kan dan worden gecoat door endotheelcellen, die bloedvaten bekleden, en aangesloten op een pomp. Een voordeel van het gebruik van hydrogels, de auteurs schrijven, is dat hydrogels niet zo stijf zijn als vaste polymeren, en dus op een meer fysiologisch relevante manier reageren op veranderingen in de vloeistofstroom.

Eenmaal volledig gemonteerd, de endotheelcellen verzwakken hun barrières als reactie op ontstekingsmoleculen zoals TNF-alfa en genezen daarna.

De onderzoekers testten ook reacties op heem, een bestanddeel van hemoglobine dat wordt gevormd wanneer rode bloedcellen openbreken, en ze testten de effecten van occlusie-gevoelige rode bloedcellen van patiënten met sikkelcelziekte en rode bloedcellen geïnfecteerd door Plasmodium-parasieten.

Het modelsysteem zou kunnen worden gebruikt om de effecten van rode bloedcellen versus andere cellen en ontstekingsmoleculen verder te ontleden, en om te screenen op medicijnen die schade aan bloedvaten kunnen voorkomen, zeggen de onderzoekers.