Ученые вырастили клетки-киборги

Звоните +7 495 204 2313 или
Обратитесь онлайн
Медицинский консультант расскажет о всех аспектах лечения за рубежом
30 октября 2019

Ученые вырастили клетки-киборгиЗа последние годы ученые вырастили столько мини-органов, что из них можно было бы собрать целый мини-организм. Такие миниатюрные версии живых органов используются в исследовательских целях. Чтобы они функционировали подобно «оригиналам», их снабжают специальными электронными датчиками. Однако изучать процесс развития клеток ученые по-прежнему не могли из-за невозможности установить в них сенсоры, не повредив их. Специалисты нашли способ интегрировать наноэлектронные датчики непосредственно в клеточные культуры, создавая органоиды-киборги.

Это позволит наблюдать за процессом формирования клеток, их поведением и взаимодействием, а также изучать их реакцию на те или иные вещества. По словам ученых, новая технология выведет биологические и медицинские исследования на новый уровень, обеспечив лучшее понимание того, как работает наш организм, и в конце концов поможет отыскать новые виды лечения.

Киберорганоиды

Чтобы получить более глубокие знания о ключевых биологических процессах в человеческом организме, разобраться в природе различных заболеваний, разработать и протестировать новые лекарства, ученые используют клеточные культуры и эксперименты на животных. Но результаты этих исследований далеко не всегда являются информативными и достоверными. Чтобы решить эту проблему, ученые разработали технологию, позволяющую создавать так называемые органы на чипе, или органоиды.

Это миниатюрные трехмерные модели внутренних органов, выращенные из стволовых клеток, которые максимально реалистично имитируют их структуру и функции. На сегодняшний день уже существуют мини-аналоги головного мозга, сердечной мышцы, легких, печени, желудка и почек. Они позволяют ученым получать более точные данные о работе органов и их взаимодействии с различными веществами.

Несмотря на все преимущества органоидов, детальное изучение происходящих внутри них процессов на клеточном и субклеточном уровне затруднено невозможностью разместить в них электронные датчики – даже самые крошечные из них оказываются слишком большими и жесткими, чтобы втиснуть их без повреждения клеток. Поэтому все сенсоры крепятся на поверхности клеток. Это не дает ученым возможности проследить начальные этапы развития клеток и их последующее превращение в полноценный орган.

Группе исследователей удалось решить эту проблему. Они нашли способ выращивать клетки с уже встроенными в них электронными датчиками. Полученные с помощью новой технологии органы они назвали киборганоидами.

Как создавали клетки с электроникой внутри

Как создавали клетки с электроникой внутри

На первом этапе ученые поставили перед собой цель разработать наноэлектронные сенсоры, которые были бы настолько гибкими, растяжимыми и мягкими, что могли расти вместе с развивающейся тканью. И они достигли ее, создав микроскопические датчики в форме растяжимых сеток наподобие тех, что ранее использовались в производстве носимых электронных устройств, способных растягиваться и при этом оставаться электронно-активными. На втором этапе они добились еще большей гибкости сетей, модифицировав их структуру, превратив ее из прямой в змеевидную, извилистую.

Затем на эти сети они нанесли несколько слоев стволовых клеток, которые в ходе развития «поглощали» датчики, и те оказывались внутри них. По мере того, как клетки росли и формировали трехмерную структуру органа, менялась и конфигурация самих сетевых сенсоров, которые подстраивались под этот процесс. В результате ученые получили фрагмент ткани с наноэлектронным устройством внутри, полностью интегрированным и равномерно распределенным по всему ее объему.

«Созданные нами датчики образовали единую систему с живыми клетками, благодаря чему мы имеем возможность отслеживать множество биологических показателей, что крайне важно в нашей работе», – говорит руководитель проекта.

В ходе следующего эксперимента ученые добились дифференцировки стволовых клеток со встроенной наноэлектроникой в кардиомиоциты, мышечные клетки сердца. После этого – с помощью интегрированных датчиков – они в течение трех месяцев осуществляли мониторинг и регистрировали изменения активности клеток.

Таким же образом, по словам исследователей, можно внедрить электронные устройства в трехмерные мини-аналоги головного мозга, печени, поджелудочной железы и других органов. Это позволит наблюдать за развитием и формированием разных типов тканей человеческого организма. «Благодаря новой технологи мы сможем постоянно мониторить процесс развития, и таким образом добиться лучшего понимания того, как клетки взаимодействуют и синхронизируются в ходе формирования будущего органа», – говорит один из авторов исследования. Он подчеркивает, что теперь ученые смогут вместо обычных органоидов выращивать органоиды-киборги.

Впрочем, новую технику планируют применять не только для более глубокого понимания процесса развития клеток и их преобразования в разные типы тканей, но и для поиска путей разработки новых эффективных лекарств и методов лечения. Еще одна область применения – тестирование разрабатываемых препаратов и мониторинг их действия.

При этом исследователи подчеркивают, что киборганоиды, несмотря на их возможности, не являются полноценными аналогами живых органов, поэтому использовать их для трансплантации невозможно. Вероятно, в будущем технологию усовершенствуют, но пока говорить о возможности пересадки рано.

Вопросы и ответы

Ни одного вопроса не задано

Задать вопрос

Продолжая использовать данный сайт, Вы принимаете наши правила использования cookie-файлов.

Принимаю