Перепроектирование гидрогелей для нового взгляда на реакцию клеток в организме

Исследователи из Технологического университета Эйндховена (TU/e) вырастили клетки на гидрогелях, поверхность которых можно изменять по требованию, в микрометровом масштабе и многократно перестраивать, освещая её синим светом. Это позволяет лучше моделировать реальную, постоянно меняющуюся среду в человеческом теле, в отличие от статических лабораторных условий. Исследование опубликовано в журнале Advanced Science.

Синий свет как переключатель

Субстрат для культивирования клеток изготовлен из фоточувствительного гидрогеля на основе спиропирана. При освещении синим светом (длиной волны 455 нанометров) со специфическими пространственными паттернами гидрогель набухает, изменяя свою форму в соответствии с этими паттернами. Изменения происходят почти мгновенно и являются обратимыми, что позволяет изучать влияние различных топографий поверхности на клетки.

Адаптация гидрогеля для клеток

Перед выращиванием клеток исследователям пришлось решить проблему: первоначальный состав гидрогеля, разработанный для работы в воде при комнатной температуре, не подходил для условий роста клеток (среда, 37°C, кислород). Химический состав культуральной среды влиял на реакцию гидрогеля на свет.

Решение заключалось в добавлении эластичного резинового слоя, который экранирует гидрогель от химических веществ в среде, мешающих его светочувствительности.

Память фибробластов

В качестве модели исследователи использовали фибробласты — клетки, отвечающие за поддержание кожи, тканей и органов. Был сделан важный вывод: фибробласты могут «помнить» прошлые изменения формы поверхности, на которой они находятся. Эта «память» о прошлой динамике позволяет клетке адаптировать свои функции. Это новое знание может быть критически важным при проектировании биоматериалов будущего или улучшении методов заживления ран.

Будущие направления

• Изучение внутриклеточных процессов: какие белки внутри клетки отвечают за реакцию на изменения формы и формируют «механическую (топографическую) память».
• Исследование взаимодействия между клетками в динамических условиях.
• Изучение приложений: такие изменяющие форму гидрогели с живыми клетками можно использовать для моделирования изменения формы и размера тканей во время роста.