Нановолоконная «пряжа» для создания эластичной и защищающей клетки искусственной ткани

Инженеры MIT разработали новый подход к тканевой инженерии, который может обеспечить гибкость и подвижность при заживлении повреждённых сухожилий и мышц.

Конструкция материала

Команда создала микроскопические спирали, выстланные живыми клетками, которые могут служить растяжимым каркасом для восстановления тканей. Эти спирали состоят из сотен тысяч биосовместимых нановолокон, туго скрученных в структуры, напоминающие миниатюрную морскую верёвку или пряжу.

Исследователи покрыли эту «пряжу» живыми клетками, включая мышечные клетки и мезенхимальные стволовые клетки. Клетки естественным образом растут и выстраиваются вдоль волокон, формируя паттерны, сходные с мышечной тканью. Конфигурация спирали помогает клеткам оставаться живыми и расти, даже когда материал многократно растягивают и сгибают.

Преимущества и потенциальное применение

Ключевое преимущество конструкции — её способность защищать клетки от повреждений при растяжении. Когда спираль растягивается, клетки на её поверхности вращаются, подобно кусочкам бумаги на пружинке-«слинки», что предотвращает их разрыв.

В будущем врачи смогут выстилать повреждённые сухожилия и мышцы пациентов этим гибким материалом, покрытым соответствующими клетками. Растяжимость «пряжи» поможет сохранить диапазон движений пациента, пока новые клетки замещают повреждённую ткань.

«Когда вы восстанавливаете мышцу или сухожилие, вам действительно приходится фиксировать их движение на период времени, например, с помощью ботинка. С этой нановолоконной пряжей есть надежда, что ничего подобного носить не придётся», — говорит Мин Го, доцент кафедры машиностроения MIT.

Вдохновение и эксперименты

Дизайн был частично вдохновлён предыдущей работой группы над мембранами омара, которые обладают слоистой, похожей на фанеру структурой, обеспечивающей прочность и растяжимость.

Исследователи создавали нановолокна методом электроспиннинга из биосовместимых материалов, таких как целлюлоза. Волокна собирали в пучки, скручивали в спирали, а затем в более тугие катушки. После нанесения клеток испытания показали, что большинство клеток на тугих катушках оставались живыми при растяжении до 6 раз от исходной длины, в то время как на более свободных спиралях выживаемость была ниже.

Перспективы

В дальнейшем группа планирует создавать подобные спирали из других биосовместимых материалов, например, шёлка. Такие структуры можно будет вводить в повреждённую ткань в качестве временного гибкого каркаса для роста клеток. После заживления каркас сможет раствориться.

«Мы можем однажды внедрить эти структуры под кожу, и материал [спирали] в конечном итоге переварится, в то время как новые клетки останутся на месте. Приятно то, что этот метод очень универсален, и мы можем пробовать разные материалы. Это может значительно продвинуть тканевую инженерию», — отмечает Мин Го.

Исследование опубликовано на этой неделе в Proceedings of the National Academy of Sciences.