Биофизики создали «умный» материал, способный ускорять рост нейронов с помощью контролируемого нагрева

Пущинские ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН создали материал, ускоряющий регенерацию нейронов, что актуально для задач нейрохирургии. Результаты работы опубликованы в журнале Nanomaterials.

Восстановление тканей – сложный физиологический процесс, включающий взаимодействие различных типов клеток, компонентов внеклеточного матрикса и биологически активных веществ, продуцируемых клетками организма человека. В настоящее время регенеративная медицина -  бурно развивающееся направление. Оно тесно связано не только с клеточными технологиями, но и с разработкой новых материалов, получаемых с использованием различных методов (электронапыление, электроспиннинг, фото- и электронно-лучевая литография). В частности, для нейрорегенерации наиболее привлекательны материалы, полученные с помощью метода электропрядения (электроспиннинга), т.к. их структура способна имитировать  морфологию внеклеточного матрикса.

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. Такие материалы позволили бы реализовать комплексное воздействие на клетки, синергически усиливая нейрорегенеративные процессы.

Коллективом авторов из ИТЭБ РАН изготовлены 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 обеспечить соединение концов 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. А 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.

Работа поддержана грантом Российского научного фонда (№19-74-10097).