«Теплый пол» для клеток ускорил рост нейронов

Восстановление тканей — сложный физиологический процесс, включающий взаимодействие различных типов клеток, компонентов внеклеточного матрикса и биологически активных веществ. В биомедицине очень перспективны материалы со свойствами, близким к тем, что имеет природная ткань: помещенная в место дефекта, она становится основой, к которой прикрепляются клетки, и тем самым ускоряет заживление раны. Такой подход полезен и для тех, кто работает с культурами: можно тонко настраивать жизнедеятельность клеток.

Получить подобные материалы можно самыми разными способами. Например, для нейрорегенерации наиболее привлекательны вещества, полученные с помощью метода электропрядения (электроспиннинга), поскольку их структура способна имитировать морфологию внеклеточного матрикса нервных тканей.

Особенный научный и практический интерес представляет разработка подходов и материалов, совмещающих несколько видов стимулирующего рост клеток воздействия, например, механического (обусловленного структурой самого материала) или фототермического. Комбинация этих подходов позволит создать «умные» 3D-каркасы из волокон для эффективного направленного роста аксонов — длинных отростков нейронов.

Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН создали уникальные клеточные подложки (скаффолды), состоящие из композитных ультратонких волокон с диаметром 60–100 нм и способные конвертировать ближнее инфракрасное (ИК) излучение в тепло. Данный диапазон излучения выбран из-за его способности глубоко проникать в ткани живого организма. Полученные материалы могут быть использованы в качестве инструментов для контролируемой фототермической нейромодуляции и для целей реконструктивной нейрохирургии.

Работу прокомментировала соавтор исследования старший научный сотрудник лаборатории роста клеток и тканей, кандидат биологических наук Ольга Антонова: «Возможность обеспечить направленный рост нейритов необходима для целей нейрохирургии, чтобы соединить концы поврежденного нерва. Ранее нами было показано, что ультратонкие волокна с диаметром 60 нм могут управлять ростом и морфологией нейронов. Для усиления этого стимулирующего эффекта мы применили фототермическую стимуляцию, модифицировав волоконный материал наночастицами-нагревателями. Мы использовали разные стратегии для получения композитного материала и показали, что влияние фототермической стимуляции наиболее выражено при культивировании нейронов на нановолокнах, содержащих погруженные в полимер свет-трансформирующие наночастицы. Декорирование поверхности волокна такими частицами позволяет создавать дополнительные топографические стимулы, также оказывающие положительное влияние на рост нейронов».

В дальнейшем авторы планируют совместить представленные технологии для создания нервного проводника из «умного» материала с контролируемой нейрогенностью и его испытания in vivo.