Учёные впервые создали полностью синтетическую ткань мозга
Биоинженеры из Калифорнийского университета в Риверсайде впервые разработали функциональную ткань, подобную мозговой, но полностью лишённую биологических материалов. Новая платформа под названием BIPORES основана на синтетическом полимере и предназначена для точного воссоздания сложной структуры внеклеточного матрикса — среды, поддерживающей рост, развитие и соединение нервных клеток.
Основу материала составляет химически нейтральный полимер полиэтиленгликоль (ПЭГ), который отталкивает клетки, подобно тефлоновой поверхности. Обычно для удержания клеток на таких поверхностях требуются белки, такие как ламинин или фибрин, однако в данном случае учёные обошлись без них, пишет издание New Atlas. Для решения этой задачи они применили технологию со сложной структурой, включающей мягкие материалы в виде биогелей (bijels) с седлообразной внутренней поверхностью. Каркас стабилизирован наночастицами диоксида кремния.
С помощью микрожидкостной системы и биопринтера команда сформировала трёхмерные структуры со слоистыми и взаимосвязанными порами, что обеспечивает свободное перемещение питательных веществ и отходов, а также поддерживает глубокий рост клеток. Тесты с нейральными стволовыми клетками (НСК) показали их надёжное прикрепление, рост и формирование функциональных нейронных связей.
Как отметил ведущий автор исследования Принс Дэвид Окоро (Prince David Okoro), стабильность инженерного каркаса позволяет проводить долгосрочные исследования, что особенно важно, поскольку зрелые клетки мозга более точно отражают функции реальной ткани при изучении заболеваний или травм. Для создания каркаса использовалась специальная жидкость из ПЭГ, этанола и воды, которая пропускалась через микроскопические стеклянные трубки. При встрече с потоком воды компоненты начинали разделяться, а мгновенная вспышка света фиксировала эту структуру, создавая губчатый материал с многочисленными порами.
В свою очередь, доцент кафедры биоинженерии Иман Ношади (Iman Noshadi) также заявил, что материал обеспечивает клетки всем необходимым для роста, организации и коммуникации в кластерах, давая исследователям беспрецедентный контроль над поведением клеток. На данный момент диаметр каркаса составляет два миллиметра, но команда уже работает над его масштабированием и подготовила публикацию о применении аналогичного подхода для моделирования печёночной ткани.
Конечной целью учёных является создание сети лабораторных мини-органов, способных взаимодействовать друг с другом, подобно системам человеческого организма. Как пояснил Ношади, такая система позволит отслеживать, как одно и то же лекарство влияет на разные ткани и как патология в одном органе может воздействовать на другие. С точки зрения биомиметики как науки, предложенный метод гораздо точнее воспроизводит архитектуру реальной мозговой ткани, что делает его ценным инструментом для изучения неврологических заболеваний, тестирования препаратов и разработки терапий по восстановлению повреждённой нервной ткани.