Биоинженеры уже давно стремились воссоздать сложную среду мозга — внеклеточный матрикс, который поддерживает рост нервных клеток и их правильные соединения. До сих пор для этого требовались биологические материалы, часто животного происхождения, в частности, белки ламинин или фибрин. Новая разработка специалистов Калифорнийского университета в Риверсайде полностью синтетическая и основана на полиэтиленгликоле (PEG) — химически нейтральном полимере.
Сам по себе PEG подобен тефлону для клеток — они просто соскальзывают с него. Но ученые нашли способ превратить этот «антипригарный» материал в идеальную среду для выращивания нервных клеток. Секрет в создании особой пористой структуры, вдохновленной природными гелями со сложными внутренними поверхностями.
«Поскольку созданный каркас стабилен, он позволяет проводить долгосрочные исследования», — объясняет Принс Дэвид Окоро, ведущий автор работы. «Это особенно важно, поскольку зрелые клетки мозга лучше отражают реальную функцию ткани при изучении соответствующих заболеваний или травм».
Ученые сумели превратить PEG в губчатый гель с системой микропор, стабилизированных наночастицами кремнезема. Используя микрофлюидные технологии и 3D‑печать, они создали волокна с каналами, по которым свободно проходят кислород и питательные вещества, поддерживая жизнь и рост нейронов глубоко внутри.
«Наш материал гарантирует, что клетки получают все необходимое для роста, организации и общения друг с другом в мозгоподобных кластерах», — говорит Иман Ношади, доцент биоинженерии. «Поскольку структура более точно имитирует биологию, мы можем начать проектировать тканевые модели с гораздо более точным контролем над поведением клеток».
Сейчас каркас имеет диаметр всего два миллиметра, но команда работает над его масштабированием. Более того, ученые уже изучают применение того же подхода к ткани печени. Их амбициозная цель — создать сеть выращенных в лаборатории мини-органов, которые взаимодействуют друг с другом, как настоящие системы в человеческом теле.
Разработка не только открывает путь к созданию искусственных тканей для медицины и тестирования лекарств, но и помогает приблизиться к модели человеческого тела, где органы действуют в единой системе. По мнению авторов проекта, синтетическая «мозговая» ткань способна стать ключом к изучению работы нейронов и проектированию новых способов восстановления поврежденного мозга.
Ранее ученые применили самый редкий элемент на Земле для революционного лечения рака.
