Группа ученых из нескольких исследовательских центров США (в том числе — Гарварда и Массачусетского технологического института) разработала и успешно опробовала метод внедрения сетей наноразмерных электронных датчиков в искусственную живую ткань. Трехмерная электронная структура позволяет получать данные о состоянии ткани и воздействовать на отдельные ее клетки. Фактически, ученым удалось создать что-то вроде электронной вегетативной нервной системы.
Ученые построили ячеистую структуру из кремниевых проводников диаметром 80 нм. Затем внутрь этой пористой структуры ученые засеяли клетки, и вырастили трехмерную клеточную культуру изнутри и вокруг кремниевой «проводки». По словам ведущего исследователя Дэниела Кохэйна, именно создание трехмерной сети стало самой сложной задачей, поскольку интегрировать электронику и живую ткань на плоскости получалось и раньше.
Новая технология впервые позволит ученым получить точные данные о работе такой биологической системы, как ткань, не разрушая ее. Как считают сами разработчики, им удалось добиться такого уровня совмещения тканей и электроники, при котором трудно понять, где заканчивается ткань и начинается электроника.
— В этом эксперименте нам ближе всего удалось подойти к внедрению в ткань электронных компонентов, подобных по размеру внеклеточному матриксу, окружающему клетки в тканях, — поясняет Дэниел Кохэйн.
Внеклеточный матрикс — внеклеточные структуры ткани (интерстициальный матрикс и базальные мембраны). Внеклеточный матрикс составляет основу соединительной ткани, обеспечивает механическую поддержку клеток и транспорт химических веществ. Кроме того, клетки соединительной ткани образуют с веществами матрикса межклеточные контакты, которые могут выполнять сигнальные функции и участвовать в локомоции клеток. Так, в ходе эмбриогенеза многие клетки животных мигрируют, перемещаясь по внеклеточному матриксу, а отдельные его компоненты играют роль меток, определяющих путь миграции.
Используя клетки сердца и нервов в качестве исходного материала, ученым удалось создать ткани, содержащие «встроенные» электронные сети, не влияющие на активность клеток. С помощью этих сетей исследователи могут регистрировать электрические сигналы, генерируемые клетками, расположенными в глубине тканей. По этим сигналам, например, можно узнать, как ткань реагирует на то или иное химическое вещество (препарат).
Участники исследовательской группы убеждены в том, что их открытие может быть использовано в самых разных областях — от испытания препаратов до создания гибридных тканей-киборгов, регистрирующих изменения в работе организма и реагируя на них соответствующим образом (например, высвобождая лекарственное средство или оказывая электрическую стимуляцию).
На фото: трехмерный электронный клеточный каркас, использовавшийся в эксперименте (конфокальная флуоресцентная микроскопия)
