Клетки сердца и фибробласты стали активнее делиться на новом электропроводящем материале

Разработка новых биосовместимых материалов — одна из основных задач биомедицины. Их можно использовать при создании биосенсоров, систем доставки лекарств, раневых покрытий и даже специальных конструкций, способных заместить утраченные ткани, а также способствующих усилению регенеративных механизмов организма. 

В связи с распространенностью болезней сердечно-сосудистых заболеваний и высокой смертностью от них, очень актуальны разработки, которые могли бы позволить восстановить сосуды и даже части сердца. Особый интерес представляют электропроводящие интерфейсы, которые служат основой для прикрепления, деления и миграции клеток, чему, как показывают исследования, дополнительно способствуют разряды тока — почти такие же сигналы, какие дифференцирующаяся клетка получает от своих более зрелых соседей.

Сотрудники Сеченовского университета, Московского института электронной техники, НПК «Технологический центр», Национального исследовательского центра эпидемиологии и микробиологии им. Н. Ф. Гамалеи, Национального медицинского исследовательского центра гематологии Минздрава России и Саратовского национального исследовательского государственного университета им. Н. Г. Чернышевского предложили интерфейс на основе многослойных углеродных нанотрубок. Их массив выращивали на кремниевой подложке — получалось нечто вроде бамбукового леса, — а затем покрывали альбумином, закрепляя его на основе при помощи лазерной обработки и придавая ему специфическую структуру. Больше всего альбумин известен тем, что содержится в плазме крови, где поддерживает осмотическое давление (в случае белков его называют онкотическим). Поскольку он — обычное вещество для организма, клетки не воспринимают его как нечто чужеродное, а покрытая им конструкция становится более «привлекательной» для них. «Лес» из нанотрубок и кремниевая подложка играли роль интерфейса для электростимуляции.

В ходе экспериментов авторам удалось оптимальной ячеистой структуры материала с подходящим соотношением между нанотрубками и белком. Это позволило повысить проводимость почти вдвое в сравнении с исходным массивом. Кроме того, была разработана установка, обеспечивающая электрическую стимуляцию клеток. Ее эффективность продемонстрировали на культурах клеток сердца кардиомиоцитов и фибробластов, производящих межклеточное вещество и играющих важную роль в регенерации по пути нефункционального рубца или нормальной ткани. В обоих случаях отмечено значительное повышение плотности клеток: до двух раз в случае кардиомиоцитов и до шести в случае фибробластов.

Это исследование показывает, что лазерно-структурированные массивы многослойных углеродных нанотрубок с альбуминовым покрытием могут быть мощным инструментом для улучшения жизнеспособности и стимуляции деления клеток; создания устройств биоэлектроники и биомедицинских приложений.