Гидрогели могут стать ключом к изучению биологических эффектов наночастиц

Новое исследование учёных из Национального института стандартов и технологий (NIST) показало, что трёхмерные каркасы, созданные из клеток и поддерживающих материалов, известных как гидрогели, могут служить реалистичными платформами для оценки взаимодействия наноразмерных инженерных материалов с клетками и тканями.

Проблема современных тестов

Современные лабораторные тесты наночастиц обычно проводятся на двумерном слое клеток. Эти модели являются сомнительными заменителями сложных клеточных структур, из которых состоят ткани и органы в организме, и могут давать противоречивые результаты.

Решение: трёхмерные гидрогели

Гидрогели — это сети полимерных молекул, способные удерживать до 99,9% воды. В зависимости от размера ячеек сетки (mesh size) и других факторов, они могут поддерживать рост и дифференциацию популяций клеток.

В эксперименте команда NIST использовала полиэтиленгликоль для создания трёх гидрогелей с разным размером ячеек. Каркасы заселили клетками крыс, содержащими ультрамалые полупроводниковые материалы — квантовые точки. Флуоресцентные сигналы квантовых точек позволили отслеживать судьбу обработанных клеток.

Ключевые результаты

• Клетки диффундировали через гидрогелевый каркас, формируя устойчивую тканеподобную структуру.
• Квантовые точки прикреплялись к клеточным мембранам и со временем поглощались клетками.
• Квантовые точки можно было детектировать внутри каркаса в течение четырёх и более дней.
• Клетки в гидрогелевых каркасах подвергались воздействию более низких уровней квантовых точек, что создаёт более репрезентативный сценарий для оценки биологических эффектов.

Вывод

По сравнению с обычными культурами клеток, гидрогелевые каркасы обеспечивают более реалистичную и долгоживущую биологическую среду для изучения взаимодействия инженерных наночастиц с клетками. Они могут стать «мощным мостом» между текущими лабораторными тестами и испытаниями на животных моделях.