Инженеры Гарвардского университета (Harvard University) и Университета Дьюка (Duke University) разработали имплантируемую в организм «магнитную губку», из которой можно «выжимать» клетки, лекарственные препараты или другие вещества, просто проводя над ней магнитом.

Новый материал, названный макропористым феррогелем, может быть сжат до 70 процентов магнитным полем. Обратимое сжатие быстро выводит из геля лекарственные препараты или встроенные в него клетки и белки.

Хотя пористые биоматериалы уже используются в качестве каркасов в тканевой регенерации и клеточной терапии, они, в основном, пассивны по отношению к содержащимся в них препаратам. Диффузия молекул и миграция клеток происходят самостоятельно и независимо от таких материалов. В противоположность этому новое средство доставки можно контролировать внешними сигналами, высвобождая содержащиеся в них клетки и лекарства по требованию.

Макропористый феррогель содержит наночастицы железа, отвечающие на воздействие магнитным полем. Не менее важно, что размер пор нового феррогеля гораздо больше, чем у существующих аналогов.

Сянхе Чжао (Xuanhe Zhao),
адъюнкт-профессор машиностроения и
материаловедения Школы инженерии
Пратта (Pratt School of Engineering)
Университета Дьюка.
(Фото: pratt.duke.edu)

«Поры большего размера позволяют нам использовать препараты с более крупными молекулами, такие как белки, и клетки, а также добиваться более значительного сжатия геля в присутствии магнитного поля», – объясняет Сянхе Чжао (Xuanhe Zhao), адъюнкт-профессор машиностроения и материаловедения Школы инженерии Пратта (Pratt School of Engineering) Университета Дьюка.

Большую часть работы Чжао проделал как постдокторант Гарвардской Школы инженерии и прикладных наук (School of Engineering and Applied Sciences) в лаборатории профессора биоинженерии Дэвида Муни (David Mooney).

Более крупные поры были получены с помощью замораживания феррогеля.

Дэвид Муни (David Mooney),
профессор биоинженерии
Гарвардской Школы инженерии
и прикладных наук.
(Фото: pratt.duke.edu)

«При замораживании феррогеля вода внутри него кристаллизуется и частично повреждает гель», – объясняет Чжао. «А после размораживания остается «дыра». Изменяя температуру и продолжительность замораживания, мы может регулировать размер пор. В отличие от обычных каркасов, наш феррогель позволяет активно контролировать процесс выведения того, что должно быть выведено. Например, размер пор или уровень магнитизма зависят от обработки феррогеля, и мы можем изменить их».

Ученые испытали свои феррогели, загруженные человеческими и мышиными клетками, на животных моделях и остались довольны тем, как они реагируют на стимуляцию магнитным полем.

«Насколько нам известно, это первая демонстрация использования таких пористых феррогелей для контролируемой доставки клеток», – комментирует работу Муни.

В более широком смысле, это первая демонстрация выделения клеток из пористых каркасов по требованию, которая может способствовать широкому использованию таких материалов в тканевой регенерации и других видах клеточной терапии.

В феррогели можно вводить живые клетки, которые будут размножаться в течение многих лет.

Названный «магнитной губкой» новый пористый феррогель можно сжимать магнитным полем.
Обратимое сжатие быстро выводит из такой «губки» встроенные в нее лекарственные препараты, белки и клетки. (Фото: SEAS)

«Хотя данное исследование сфокусировано на возможности доставлять по команде лекарственные препараты и клетки, мы ожидаем, что благодаря большому и быстрому изменению объема под воздействием магнитного поля такие феррогели будут иметь гораздо более широкое применение, включая использование в качестве актюаторов и сенсоров в биомедицине и других областях», – считает Муни.

Феррогели сделаны их биоразлагаемого материала, поэтому их не нужно удалять из организма, уточняют ученые.

Результаты работы опубликованы он-лайн в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Аннотация к статье: Xuanhe Zhao, Jaeyun Kim, Christine A. Cezar, Nathaniel Huebsch, Kangwon Lee, Kamal Bouhadir, David J. Mooney. Active scaffolds for on-demand drug and cell delivery