Ультратонкие зонды помогли изучить механические свойства гиалуроновой кислоты

Гиалуроновая кислота активно используется в биомедицинских и косметических целях, а также входит в состав внеклеточного матрикса млекопитающих. Ее особенность еще и в том, что в процессе эволюции она практически не изменялась. Понимание механических свойств гиалуроновой кислоты позволит создавать на ее основе материалы, максимально приближенные по свойствам к тканям человека. Например, она входит в состав кожи, пуповины, синовиальной жидкости, стекловидного тела глаза и других тканей и органов.

В своей работе ученые использовали метод атомно-силовой микроскопии (АСМ), суть которого заключается в сканировании поверхности образца острым зондом. В результате получаются данные о микрорельефе. Специально для этого исследования Дмитрий Клинов, руководитель группы направления «Биоматериалы» Университета «Сириус» и заведующий лабораторией функциональных биоматериалов МФТИ разработал сверхострые зонды, радиус острия которых — около 1 нм. Благодаря им стало возможным получение изображения отдельных молекул полимеров.

Еще одним важным условием стало использование атомарно-ровной подложки. Ранее ученые разработали метод модификации поверхности высокоориентированного пиролитического графита с помощью глицин-содержащих молекулярных слоев.

«Использованный в работе метод АСМ совершенно не новый, однако мы довели его до совершенства. Атомарно-ровная поверхность в качестве подложки в сочетании со сверхострыми зондами позволила нам визуализировать отдельные молекулы гиалуроновой кислоты. Ничего подобного до нас в мире никто еще не делал», — рассказывает Дмитрий Клинов.

Визуализация отдельных молекул гиалуроновой кислоты с высоким разрешением позволила ученым впервые получить данные об их механических свойствах. Оказалось, что молекулы гиалуроновой кислоты обладают в 1000 раз большим модулем Юнга (то есть они менее гибкие), чем коллаген, и в 10 раз большим, чем паутинные или амилоидные фибриллы. Подобное открытие еще на один шаг приблизило научное сообщество к созданию материалов, максимально похожих на человеческие ткани.

Ученые Университета «Сириус» уже разрабатывают биомиметические материалы, которые позволят восстанавливать поврежденные ткани организма человека после травм или заболеваний. Гиалуроновая кислота рассматривается в данном контексте как один из важных компонентов искусственной кожи, так как улучшит ее биосовместимость и существенно повысит регенерацию поврежденных тканей.