Специалисты MIT соединили живую ткань и электронику

Микрофотография сконструированной ткани.

(фото Charles M. Lieber, Daniel S. Kohane)

Американские инженеры из MIT, Гарварда (Harvard University) и детской больницы Бостона (Children's Hospital Boston) смогли соединить в единой матрице живые клетки и электронику на основе кремниевых нанопроводков. Причём слить воедино живое и неживое удалось в объёме.

Основой сконструированной ткани стал похожий на губку каркас из эпоксидной смолы. В эту пористую матрицу, образующую объёмную структуру, учёные внедрили нанопроводки из кремния. Поверх всего биологи поселили колонии клеток, которые постепенно размножились и обволокли неорганические компоненты.

Нанопроводки работают, как электронные сенсоры – они передают электрические сигналы от и к клеткам, растущим внутри созданной структуры. Учёные выбрали именно кремниевые нанопроводки, потому что они имеют малые размеры, стабильны, безопасны для живой ткани и, к тому же, более чувствительны к электрическим сигналам, нежели их металлические собратья. Так, нанопроводки диаметром от 30 до 80 нанометров могут "почувствовать" одну тысячную ватта.

"Матрица – это каркас, одновременно обеспечивающий полученную ткань механической поддержкой и напичканный электроникой. Мы высеиваем на него клетки и получаем сконструированную ткань", — рассказывает один из ведущих авторов нынешней работы Божи Тиан (Bozhi Tian).

Учёные опробовали внедрение в созданный каркас клеток сердца, нервной и мышечной ткани. В проведённых тестах они изучили воздействие на клетки норадреналина, гормона, вызывающего учащение сердцебиения.

Кроме того, биологи вырастили внутри каркаса кровеносные сосуды. Внедрённые сенсоры позволили измерить изменение pH внутри и вне сосудов.

Сейчас американские исследователи анализируют механические свойства полученной матрицы, а также готовятся к тестам сконструированной ткани на животных.

Заметим, что ранее подобные клеточные системы были плоскими. Биологи внедряли сенсоры в культуры клеток, выращенные на пластинах (металлических электродах или транзисторах). Однако такие двумерные сообщества не могли дать медикам полное представление о процессах, происходящих в реальных тканях человеческого тела.

По этой причине специалисты MIT решили создать трёхмерный (объёмный) каркас, который позволял бы получать сведения об электрической активности клеток изнутри образованной матрицы.

Информация о том, как ведут себя клетки, пригодится биологам, например, для тестирования действия новых лекарств. Теперь можно точно узнать, как влияет на сокращение клеток сердечной мышцы внедрение того или иного медикамента. Кроме того, сконструированная ткань может быть внедрена пациенту.

"Мы очень довольны результатами исследования и восхищаемся открывающимися перспективами. Теперь мы можем создавать сердца, выращенные из ткани с заданными параметрами", — говорит доктор Роберт Лангер (Robert Langer), один их пионеров биотехнологий, создавший прибор MicroCHIPS, который вводит в организм пациента лекарства по заранее составленной программе или по сигналу, посылаемому извне.

Роберт также является ведущим автором статьи, вышедшей в журнале Nature Materials, в которой авторы нынешней работы рассказывают о своём достижении более подробно.

Добавим, что сконструированные ткани могут быть использованы в качестве покрытия имплантатов, которыми доктора "чинят" организмы людей. Электронные сенсоры позволят узнать, не начались ли в тканях воспалительные процессы, или отследить какие-либо другие важные биохимические процессы.

В идеале медики могли бы научиться создавать такие искусственные ткани, которые бы не просто чувствовали изменения, но и реагировали на них должным образом, например, выпуская нужные лекарственные препараты.

"Это был бы закрытый цикл, похожий на автономную работу нашей нервной системы. Клетки чувствуют изменения в той или иной части организма, посылают соответствующий сигнал центральной нервной системе, которая затем высылает ответное сообщение, которое корректирует работу органов", — поясняет Дэниел Кохейн (Daniel Kohane), директор Лаборатории биоматериалов и доставки лекарств при детской больнице Бостона.

Журналисты портала DailyMail пошли дальше и предрекли создание при помощи этой технологи настоящих киборгов. Того и гляди, скоро станет реальностью сюжет фильма "Робокоп" (RoboCop), отмечают они.