Выровненные пептидные «лапши» могут стать основой для искусственных биологических тканей

Группа химиков и биоинженеров из Университета Райса и Хьюстонского университета достигла важной вехи в создании биоматериала для выращивания биологических тканей вне человеческого тела.

Разработка нового метода производства для создания выровненных нановолоконных гидрогелей открывает возможности для регенерации тканей после травм и позволяет тестировать терапевтические препараты без использования животных.

Исследовательская группа под руководством Джеффри Хартгерника, профессора химии и биоинженерии, создала пептидные гидрогели, имитирующие выровненную структуру мышечной и нервной ткани. Выравнивание критически важно для функциональности тканей, но его сложно воспроизвести в лаборатории, так как оно требует упорядочивания отдельных клеток.

Более десяти лет команда разрабатывает мультидоменные пептиды (MDPs), которые самоорганизуются в нановолокна. Они напоминают волокнистые белки, естественным образом присутствующие в организме, подобно наноразмерной паутине.

В новом исследовании, опубликованном в журнале ACS Nano, учёные обнаружили метод создания выровненных MDP-нановолоконных «лапш».

Сначала пептиды растворяли в воде, а затем экструдировали в солевой раствор. Это позволило получить выровненные пептидные нановолокна — похожие на скрученные верёвки размером меньше клетки. Увеличивая концентрацию ионов (соли) в растворе и повторяя процесс, учёные добились ещё большего выравнивания нановолокон.

«Наши результаты показывают, что наш метод может производить выровненные пептидные нановолокна, которые эффективно направляют рост клеток в желаемом направлении», — пояснил ведущий автор Адам Фаршид, недавно получивший степень Ph.D. по биоинженерии в Райсе. — «Это важный шаг к созданию функциональных биологических тканей для применения в регенеративной медицине».

Одним из ключевых и неожиданных открытий стало то, что при слишком сильном выравнивании пептидных нановолокон клетки переставали выстраиваться. Дальнейшее исследование показало, что клеткам необходимо «тянуть» за пептидные нановолокна, чтобы распознать их ориентацию. Когда нановолокна были слишком жёсткими, клетки не могли приложить это усилие и не выстраивались в нужной конфигурации.

«Это понимание поведения клеток может иметь широкие последствия для тканевой инженерии и дизайна биоматериалов», — сказал Хартгерник. — «Понимание того, как клетки взаимодействуют с этими материалами на наноуровне, может привести к более эффективным стратегиям создания тканей».