Программируемые "гнёзда" для клеток

Исследователи из Карлсруэского технологического института (KIT) разработали новые программируемые нанокомпозиты на основе ДНК, мелких частиц диоксида кремния и углеродных нанотрубок. Их свойства можно адаптировать для различных применений, а также запрограммировать на быстрое и мягкое разрушение. В медицине такие материалы могут создавать среду для поселения и дальнейшего развития человеческих стволовых клеток. Кроме того, они подходят для создания био-гибридных систем, например, для производства энергии. Результаты представлены в Nature Communications и на платформе bioRxiv.

Стволовые клетки культивируют для фундаментальных исследований и разработки эффективных методов лечения тяжёлых заболеваний, например, для замены повреждённых тканей. Однако стволовые клетки образуют здоровую ткань только в адекватной среде. Для формирования трёхмерных тканевых структур нужны материалы, которые поддерживают функции клеток благодаря идеальной эластичности. Новые программируемые материалы, пригодные для использования в качестве субстратов в биомедицинских приложениях, были разработаны группой профессора Кристофа М. Нимайера из Института биологических интерфейсов совместно с коллегами из других институтов KIT.

Как сообщают исследователи в Nature Communications, новые материалы состоят из ДНК, мелких частиц диоксида кремния и углеродных нанотрубок. «Эти композиты производятся биохимической реакцией, а их свойства можно регулировать, изменяя количество отдельных компонентов», — объясняет Кристоф М. Нимайер. Кроме того, нанокомпозиты можно запрограммировать на быстрое и мягкое разрушение и высвобождение выращенных внутри клеток для дальнейших экспериментов.

Новые материалы для био-гибридных систем

Согласно другой публикации команды на платформе bioRxiv, новые нанокомпозиты также можно использовать для создания программируемых био-гибридных систем. «Использование живых микроорганизмов, интегрированных в электрохимические устройства, — это расширяющаяся область исследований», — говорит профессор Йоханнес Гешер из Института прикладной биологии (IAB) KIT. «Таким образом можно производить микробные топливные элементы, микробные биосенсоры или микробные биореакторы».

Созданная исследователями KIT био-гибридная система содержит бактерию Shewanella oneidensis. Она является экзоэлектрогенной, то есть при разложении органического вещества в условиях недостатка кислорода производит электрический ток. При культивировании Shewanella oneidensis в разработанных нанокомпозитах бактерия заселяет матрицу композита, тогда как неэкзоэлектрогенная бактерия Escherichia coli остаётся на её поверхности. Композит с Shewanella остаётся стабильным в течение нескольких дней. Будущая работа будет направлена на открытие новых биоинженерных применений новых материалов.