21 марта 2019, Четверг, 05:02
VK.comFacebookTwitterTelegramInstagramYouTubeЯндекс.Дзен

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

СКОЛКОВО

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

24 апреля 2012, 09:44

Как сделать «квартиру» для клетки

Профессор Сергей Киселев (профессор Института общей генетики им. Вавилова РАН) участвует в научном кафе Фонда "Династия" на тему «Выращивание органов. Что возможно уже сегодня?»
Профессор Сергей Киселев (профессор Института общей генетики им. Вавилова РАН) участвует в научном кафе Фонда "Династия" на тему «Выращивание органов. Что возможно уже сегодня?»

Прыжок в будущее

Регенеративная медицина – одно из самых перспективных направлений с точки зрения коммерциализации науки. Речь идет о восстановлении поврежденных тканей при помощи субмикронных волокон и процессах их обновления. Собственно, все подходы к регенерации заключаются либо в ее активации, либо торможении – вплоть до замены целых органов. Научный сотрудник МФТИ Андрей Хоменко рассказал об исследованиях в сфере регенеративной медицины и о том, как можно создать искусственный сосуд.  

Хоменко начинает с простого: «Органы и ткани – это клетки на каком-либо каркасе. Каркасы бывают совершенно разные в зависимости от ткани, но они необходимы - выполняют опорную функцию. Просто плавать в жидкой среде клеткам "плохо". А чтобы клеткам было хорошо - не важно, будет это будущая искусственная кожа, почки или печень, мы должны сделать для них эти каркасы. Они называются клеточными матриксами. Технологий производства клеточных матриксов на сегодняшний день довольно много».

К примеру, в качестве «квартиры» для клеток учеными используется некая пористая структура, в которой размер поры приблизительно соответствует размерам клеток. По словам Хоменко, такая структура может быть биоразлагаемой – со временем клетки уничтожат «съедобный» каркас и образуют свой.

Хорошо на роль биодеградируемого материала для клеточных матриксов подходят биополимеры - как искусственного (синтезируемые), так и природного происхождения. Следующий этап – из бруска либо гранул биополимера нужно изготовить подходящий каркас. Один из методов, позволяющих сделать это, называется электроспиннинг. Применяя эту технологию, получают готовый каркас, состоящий из микро- и нановолокон полимера. В зависимости от подложки (плоская или цилиндрическая) полученный матрикс найдет свое применение как каркас для искусственной кожи или кровеносного сосуда.

Функции и свойства каркаса неразрывно связаны с будущим органом, который на этом каркасе планируется вырастить. Для некоторых цилиндрических искусственных органов помимо общих требований необходимо соблюсти еще одно – каркас должен содержать кольцевые небиодеградируемые вставки, обеспечивающие механическую прочность. Например, того требует искусственная трахея – новый проект НБИК-центра Курчатовского института, Лаборатории регенеративной медицины МФТИ и иностранных коллег.

«Сейчас мы активно работаем над созданием матриц для выращивания искусственных сосудов и трахей, - Хоменко рассказывает, в чем суть совместного проекта. – В организме человека очень много образований, которые имеют полую, цилиндрическую форму. Иногда их нужно заменить из-за какой-то болезни. Что для этого надо? Во-первых, нужно изготовить каркас - полую цилиндрическую трубку из биополимера. Электроспиннингом эта матрица получается очень легко. Достаточно плоскую подложку, которая используется для предварительных опытов, заменяем на барабан, диаметр которого соответствует диаметру сосуда, и начинаем пылить на него полимерное волокно, одновременно его вращая. Потом только вынимаем барабан и у нас получается трубка - готовый каркас».

Сама технология относительно простая. Для нее не требуется дорогостоящего оборудования, но очень важно подобрать параметры эксперимента. Естественно, что электроспиннинг – не панацея и не универсальная технология. Например, каркасы для искусственных органов, таких как печень или почки, вообще очень тяжело получить электроспиннингом – они объемные. Здесь лучше подойдут губки, или биопринтирование. А вот стенки сосуды тонкие, их сделать проще.

Электроспиннинг – это вытягивание волокон из раствора или расплава полимера при помощи приложения высокого постоянного напряжения. Технологии уже более 70-ти лет. Советский Союз был пионером в изобретении такого метода получения нановолокна. Поначалу электроспиннинг использовали не в биотехнологиях, а применяли для изготовления фильтров, особенно для атомной промышленности. Хороший пример – респиратор «Лепесток», с помощью которого ликвидировали последствия аварии на Чернобыльской АЭС. В СССР все работы по электроспиннингу были засекречены, и только ближе к 80-ым годам пришло понимание того, что по этой технологии можно сделать клеточный матрикс или каркас для искусственного органа и ткани. Но потом Советский Союз развалился, и эти работы были заморожены на долгий срок.

«Второе открытие электроспиннинг пережил в 90-х годах в Америке. Профессор Darrell Reneker заново переоткрыл метод. Он ничего не знал про советские разработки, начал с нуля и понял большой потенциал технологии. Он также начинал с небиодеградируемых крупнотоннажных полимеров, а затем перешел на биодеградируемые», - уточняет Андрей.

Процесс вытягивания волокон выглядит примерно следующим образом: есть прибор, с виду напоминающий обычный медицинский шприц, с тонкой иглой. Только вместо лекарства, он наполнен раствором полимера. Растворитель для каждого полимера свой. К примеру, для сахара плохим растворителем является спирт, а хорошим - вода.

«Мы работаем со многими биополимерами, - продолжает Хоменко. – Допустим, если это хитозан, то растворителем для него будет концентрированный уксус: 90% уксусной кислоты и 10% воды. Мы туда добавляем полимер, перемешиваем и получаем однородный, гомогенный раствор, который заливаем в устройство подачи – шприц, и начинаем прясть».

Раствор выдавливается на металлическую подложку под очень высоким напряжением – десятки киловольт. Один контакт батареи подключается к шприцу, а другой - к пластине. В основе всего метода простой физический постулат – одноименные электрические заряды друг от друга отталкиваются, а разноименные притягиваются. Такое огромное напряжение нужно для создания значительной силы расталкивания. За счет нее струйка и начинает растягиваться, увеличиваться в длине. А в диаметре, соответственно, уменьшаться. Если правильно подобрать все условия, то в полете весь растворитель успеет испариться и останется только нить из полимера, на подложку упадет сухое волокно.  

«Диаметр волокна может варьироваться от 10 до 1000 нанометров, то есть до одного микрометра. А скорость волокнообразования (сколько волокна упадет за единицу времени на поверхность) сумасшедшая, достигает нескольких километров в секунду. За счет многократных переплетений и межволоконного взаимодействия получается хороший нетканый материал», - рассказывает Хоменко. Понятная аналогия для нетканого волокна – вата или салфетка, которые тоже состоят из спутанных, многочисленных волокон.  

После повторного открытия элетроспиннинга американскими коллегами, российские ученые расширили область применения технологии - была создана регенеративная ткань из нанофибры, в ходе испытаний показавшая положительные результаты. В Саратовском государственном университете имени Н.Г. Чернышевского из субмикронных волокон хитозана получили материал, больше известный, как «вторая кожа». Нетканое волокно и изготовленные из него пластыри обладают антибактериальными и ранозаживляющими свойствами. «Вторая кожа» самостоятельно рассасывается по мере заживления раны и быстро останавливает кровотечения. На вид она похожа на хлопчатобумажную ткань, хотя на ощупь гораздо нежнее.

Испытания показали, что на 14-день ожог 3-й степени практически вылечивается, если наложить на него синтетическую кожу. Ученые СГУ планируют завершить испытания к лету 2012 года, значит, в продаже разработка появиться не раньше 2013 года.

Обсудите в соцсетях

Система Orphus

Главные новости

00:57И.о. главы Пентагона обвинили в «отстранении конкурентов» Boeing
00:41«Нафтогаз» сообщил о подготовке «Газпрома» к прекращению транзита газа
00:32Мэй выразила глубокое сожаление из-за задержки Brexit до июня
00:17Трамп предупредил о сохранении высоких пошлин на товары из КНР
00:09Мужчина в стрингах устроил перформанс в Третьяковке
20.03 23:10Крупнейшие российские издательства попали под санкции Украины
20.03 22:46ФРС США решила не менять ключевую ставку до конца года
20.03 22:35Венедиктова назначили главредом «Эха Москвы» на пять лет
20.03 22:04Трамп пообещал добить ИГ «к вечеру»
20.03 21:39МВД завело дело о клевете на Рогозина и защите его чести и достоинства
20.03 21:30В Китае клонировали выдающуюся полицейскую собаку
20.03 21:10Минкульт запретил смеяться над дельфинами и трогать хищников
20.03 20:40Индийский ювелир арестован в Лондоне за мошенничество на 2 млрд долларов
20.03 20:14МИД Казахстана назвал плюсы переименования Астаны
20.03 20:10В Польше нашли мастерскую неандертальцев
20.03 20:01ЦИК Украины запретил наблюдателям из РФ работать на выборах президента
20.03 19:45Защита Варвары Карауловой подала прошение об УДО
20.03 19:34Дональд Туск назвал условия краткой отсрочки Brexit
20.03 19:22Нефть WTI впервые с ноября подорожала до 60 долларов
20.03 19:01Apple представила наушники с беспроводной зарядкой
20.03 18:48Правительство решило сдерживать рост цен на продукты в Крыму
20.03 18:34Шнуров объявил о последнем турне «Ленинграда»
20.03 18:22ОНК попросила допустить к Кокорину врача «Зенита»
20.03 18:06Украина ввела санкции против участников строительства Крымского моста
20.03 17:47Британскому бизнесу предложили вложиться в российские нацпроекты
20.03 17:16Ипотечные каникулы распространят на действующие договоры
20.03 17:01Продолжительность жизни россиян превысила 73 года
20.03 16:48Суд приговорил главу «тамбовской» группировки к 24 годам строгого режима
20.03 16:36Андрей Борисов избран мэром Смоленска
20.03 16:09Умер народный артист России Анатолий Адоскин
20.03 15:43Медведев решил заработать на зданиях переехавших министерств
20.03 15:27Госдума поручила Топилину разобраться с разницей заплат мужчин и женщин
20.03 15:16Умер оперный певец Сергей Балашов
20.03 15:08Сбербанк анонсировал сервис снятия наличных в кассах магазинов
20.03 14:54ЕС оштрафовал Google на 1,5 млрд евро
20.03 13:47Стронций в удобрениях мог исказить данные о происхождении девушки из Эгтведа
20.03 13:35Столица Казахстана сменила название на Нурсултан
20.03 13:26Госдума создала группу для оценки ущерба Крыму от Украины
20.03 13:13Следователи во Франции обвинили сенатора Керимова по новому делу
20.03 13:01Врио главы Челябинской области заявил об участии в выборах
20.03 12:46ФСИН обяжет сотрудников тюрем извиняться за пытки
20.03 12:42Уникальный штамм вируса гепатита проник в Австралию более 50 тысяч лет назад
20.03 12:28Путин назначил врио главы Калмыкии
20.03 12:15Путин провел рабочую встречу с Олегом Хорохординым
20.03 12:02Назарбаев станет почетным сенатором Казахстана
20.03 11:51Путин принял отставку главы Алтая
20.03 11:27ФСИН скопила продуктов на 8 млрд рублей
20.03 11:05Больше половины опрошенных россиян признались в нелюбви к США и Украине
20.03 10:54Заседание правительства Мурманской области началось без главы региона
20.03 10:33Джо Байден заявил об участии в выборах президента США 2020 года

Редакция

Электронная почта: [email protected]
Адрес: 129090, г. Москва, Проспект Мира, дом 19, стр.1, пом.1, ком.5
Телефон: +7 929 588 33 89
Яндекс.Метрика
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2019.