Умные гидрогели как «микромашины» для сжатия и изучения живых клеток

Ученые из Института науки о свете Общества Макса Планка (MPL) разработали новую систему «лаборатория на чипе» на основе интеллектуальных гидрогелевых структур. Она позволяет прикладывать точные силовые воздействия к микроокружению клеток, имитируя их механическое взаимодействие с внеклеточным матриксом в тканях.

Биомеханика клеток в системе «лаборатория на чипе»

Метод, опубликованный в Lab on a Chip, моделирует пространственно и временно контролируемые механические воздействия на биологические полимерные сети. Это позволяет изучать биологические процессы, происходящие при таких воздействиях, под микроскопом.

Интеллектуальные гидрогели как микромашины

Ученые используют микроструктуры из «умных» гидрогелей — полимеров, которые реагируют на стимулы (например, температуру), изменяя свою структуру (сжимаясь или расширяясь).

• Исследователи создали и оптимизировали термочувствительные гидрогелевые микроструктуры в проточных камерах.
• При температурной стимуляции микроструктуры расширялись и сжимали различные молекулярные сети (Matrigel, коллаген).
• После сжатия измерялась деформация: Matrigel деформировался пластически, а коллаген — упруго.

«Наш метод позволяет генерировать механические силы с высокой пространственной и временной точностью и регистрировать их влияние на биологические системы. В коллагене мы смогли обнаружить изменения, вызванные этими силами, даже на расстоянии в сотни микрометров», — говорит ведущий автор работы Висенте Салас-Кирос.

Будущие применения

Метод может найти применение в медицинской диагностике механических нарушений в живых тканях.

«Наше видение — разработать умные микроструктуры для медицинской диагностики, чтобы внести вклад в устойчивую систему здравоохранения — например, в исследовании 3D-клеточных моделей, таких как модели рака или модели формирования кровеносных сосудов. Интеллектуальные гидрогелевые микроструктуры в системах «лаборатория на чипе» в будущем могут служить микромашинами для манипуляций с моделями тканей на микрометровом уровне», — добавляет руководитель исследования доктор Катя Циске.