Специалисты по биоинженерии из Калифорнийского университета в Риверсайде впервые создали функциональный аналог мозговой ткани, полностью исключив применение биологических компонентов. Новая система BIPORES, построенная на синтетическом полимерном основании, точно имитирует сложную организацию внеклеточного матрикса — естественной среды, обеспечивающей развитие, рост и формирование связей между нейронами.
Источник изображения: National Cancer Institute/Unsplash
Основу материала представляет химически инертный полиэтиленгликоль (ПЭГ), отталкивающий клетки наподобие тефлонового покрытия. Хотя традиционно для фиксации клеток на таких поверхностях применяют белковые соединения вроде ламинина или фибрина, исследователям удалось обойтись без них, как сообщает New Atlas. Для достижения этого результата была задействована технология с усложнённой архитектурой, включающей мягкие биогели (bijels) с вогнутыми внутренними поверхностями. Стабильность конструкции обеспечивают наночастицы диоксида кремния.
Применяя микрожидкостные устройства и биопринтинг, научная группа сформировала объёмные структуры с многослойными сообщающимися порами, что позволяет беспрепятственно перемещаться питательным веществам и продуктам метаболизма, а также способствует глубокому проникновению клеток. Эксперименты с нейральными стволовыми клетками (НСК) продемонстрировали их успешную адгезию, пролиферацию и establishment функциональных нейронных сетей.
По словам руководителя исследования Принса Дэвида Окоро, устойчивость созданного каркаса открывает возможности для продолжительных изысканий, что особенно ценно, поскольку зрелые нейроны точнее воспроизводят характеристики настоящей ткани при моделировании патологий или повреждений. Для формирования основы использовался специальный раствор ПЭГ, этанола и воды, пропускаемый через микроскопические стеклянные капилляры. При контакте с водным потоком происходило фазовое расслоение, а мгновенная световая вспышка фиксировала образовавшуюся структуру, формируя пористый материал губчатой текстуры.
Доцент кафедры биоинженерии Иман Ношади дополнительно отметил, что материал предоставляет клеткам все условия для роста, самоорганизации и взаимодействия внутри кластеров, предоставляя учёным беспрецедентные возможности управления клеточной динамикой. На текущем этапе диаметр каркаса достигает двух миллиметров, но коллектив уже ведёт работы по увеличению масштабов и подготовил публикацию о адаптации данной методики для моделирования тканевых структур печени.
Главной задачей исследователей выступает формирование сети миниатюрных лабораторных органов, которые смогут функционировать совместно, имитируя взаимосвязи в человеческом теле. По словам Ношади, подобный подход даст возможность наблюдать, как одно лекарственное средство действует на различные ткани, и как нарушение в работе одного органа способно отразиться на других. С позиции биомиметики как научного направления, разработанная методика значительно точнее передает структуру настоящей мозговой ткани, превращая её в эффективный инструмент для исследования неврологических расстройств, проверки медикаментов и создания методов восстановления поражённой нервной системы.
