Учёным из Калифорнийского университета в Риверсайде удалось сделать то, что долго считалось почти невозможным: создать функциональную мозгоподобную ткань без использования биологических покрытий или материалов животного происхождения. Новый подход получил название Bijel-Integrated PORous Engineered System (BIPORES) и открывает путь к более этичным и точным моделям мозга в лаборатории.
Нейротканевая инженерия стремится воспроизвести сложную среду мозга — внеклеточный матрикс, который направляет рост, развитие и взаимодействие нейронов. Создать такой живой «ландшафт» в лаборатории крайне трудно: многие технологии упускают тонкие структурные элементы, влияющие на поведение клеток. Платформа BIPORES предлагает решение, полностью основанное на синтетических материалах.
Как работает BIPORES
Основой нового материала служит полиэтиленгликоль (PEG) — химически нейтральный полимер, к которому клетки обычно не прилипают. Чтобы превратить его в благоприятную среду, исследователи использовали технику, вдохновлённую мягкими материалами под названием bijels — структурами с плавными, седлообразными внутренними поверхностями.
Комбинируя PEG с этанолом и водой, команда пропустила смесь через тонкие стеклянные трубки. Когда поток сталкивался с водой, компоненты начинали расслаиваться. В этот критический момент смесь «запечатывали» вспышкой света, формируя сеть микроскопических взаимосвязанных пор. Их укрепляли наночастицами кремнезёма.
Используя специальный микрофлюидный модуль и биопринтер, учёные собирали из таких волокон трёхмерные конструкции. Многоуровневая пористость обеспечивает свободный доступ кислорода и питательных веществ, а также вывод отходов — то, что особенно важно для роста нейронных стволовых клеток на глубине материала.
Эксперименты показали: в BIPORES клетки уверенно закрепляются, активно растут и формируют функциональные нейронные связи.
Почему это важно
Главная практическая ценность разработки — шанс значительно сократить или даже отказаться от использования животных мозгов в исследованиях. Кроме того, технология вписывается в стратегию FDA по постепенному уходу от животных тестов при разработке лекарств.
«Поскольку каркас остаётся стабильным, мы можем проводить долгосрочные исследования созревших нейронов», — отмечает ведущий автор работы Принс Дэвид Окоро. А зрелые клетки куда лучше отражают реальные условия развития болезней и травм.
Пока что созданная «ткань» имеет диаметр около двух миллиметров, но команда уже работает над масштабированием и готовит новую работу об использовании аналогичного подхода для выращивания моделей печени.
Глобальная цель — сформировать сеть мини-органов, взаимодействующих подобно органам человеческого тела. Такие системы помогут исследовать, как заболевание одного органа отражается на других или как разные ткани реагируют на единое лечение.
С точки зрения биомиметики BIPORES более правдоподобно воспроизводит архитектуру мозга, чем большинство существующих синтетических каркасов. Это делает метод мощным инструментом для изучения нейродегенеративных заболеваний, тестирования лекарств и разработки будущих способов восстановления повреждённой нервной ткани.
Исследование опубликовано в журнале Advanced Functional Materials.
