30,7 тыс подписчиков
Биоинженеры и биохимики Московского государственного университета совместно с химиками и физиками Томского политехнического университета разработали пьезоактивные биоматериалы с управляемой магнитным полем адгезией бактерий.
Соединительные ткани человеческого организма, такие как костная, хрящевая, ткани сухожилий, кожи, связок, обладают пьезоэлектрическими свойствами — способностью генерировать электрический заряд на поверхности в ответ на механическую деформацию.
Возникающее при движении электрическое поле регулирует функционирование клеток и регенерацию тканей. Подобными пьезоэлектрическими свойствами обладают некоторые полимеры бактериального происхождения, такие как поли-3-оксибутират и его сополимеры. Они же обладают высокой биосовместимостью и способностью к биоразложению. Это позволяет использовать их для регенеративной медицины в конструировании тканеинженерных скаффолдов — клеточных матриц для регенерации тканей и имплантатов.
Специалисты биологического факультета МГУ вместе с химиками и физиками ТПУ создали новый искусственный биоматериал из поли-3-оксибутирата с комплексной имитацией структуры и физико-химических свойств соединительной ткани и её пьезоэлектрических свойств. Поли-3-оксибутират с заданной химической структурой получили путём контролируемого биосинтеза. Для имитации структуры соединительной ткани из переплетения полимерных волокон использовали метод электроформования для создания из поли-3-оксибутирата волокнистых скаффолдов.
Для многократного усиления пьезоэлектрического эффекта в полимерную основу поли-3-оксибутирата учёные добавили магнитоактивные наноматериалы — наночастицы магнетита и их комплексы с оксидом графена. Это позволило включать и выключать генерацию электрического поля на поверхности такого материала при помощи внешнего переменного магнитного поля. Для этой же цели они сконструировали установку по генерации внешнего магнитного поля низкой частоты (около 1 Гц).
Так как биоматериал имеет бактериальное происхождение, его способность управлять поведением живых клеток была исследована на бактериях при воздействии на них внешнего магнитного поля.
«Для выявления способности нашего пьезоактивного биоматериала управлять поведением клеток мы выбрали два разных вида бактерий: грамотрицательные Escherichia coli и грамположительные Lactobacillus fermentum, — рассказывает руководитель проекта, доцент кафедры биоинженерии биологического факультета МГУ Антон Бонарцев. — Мы показали способность, как с помощью пьезоэффекта, так и с помощью прямого воздействия магнитного поля регулировать адгезию бактерий к полимерным биоматериалам. Причём оба фактора действовали совершенно по-разному на грамотрицательные и грамположительные бактерии».
Полученные результаты важны для нескольких перспективных направлений биоинженерии. Это разработка новых имплантируемых пьезоактивных биоматериалов с внешне управляемым магнитным полем воздействием на клетки и ткани, создание пьезоактивных имплантатов, устойчивых к бактериальному инфицированию и образованию на их поверхности биоплёнок, создание биореакторов со стимулируемым магнитным полем выращиванием бактерий и клеток животных на биополимерных носителях, создание управляемых магнитным полем биосенсоров для диагностики адгезионной способности различных бактерий.
Расширение наших знаний о таких новых явлениях на стыке биологии, химии, физики и медицины, как влияние пьезоэлектрического эффекта биоматериалов на поведение клеток, возможно только при проведении подобных комплексных междисциплинарных исследований.
2 минуты
30 января 2024