Команда исследователей из Гарвардского университета и Массачусетского технологического института при поддержке ряда других научных учреждений разработала принципиально новый метод интеграции сети нанопроводников в искусственно выращиваемые биологические ткани.

Практически все предыдущие работы в этой области были направлены на объединение микроэлектронных устройств с живыми клетками в пределах монослоя.

В новом исследовании высокая гистологическая совместимость материалов на основе кремния и удачно подобранная архитектура сети из нановолокон позволяют говорить о долгожданном прорыве. Впервые появилась возможность точно воздействовать на тканевые структуры по всему объёму, одновременно обеспечивая обратную связь.

В норме состояние биологических тканей контролируется через эндокринную и нервную системы по целому ряду показателей. Важнейшими из них являются электрические параметры и химические факторы: уровни кислорода, pH, глюкозы, метаболитов и др..

Перед группой под руководством Даниэля Кохэйна (Daniel Kohane) стояла задача создать базу для аналогичной системы контроля и биологического мониторинга состояния искусственно выращенных или имплантируемых тканей.

Одновременно такая сеть из уплощённых пористых нанотрубок диаметром около 80 нм должна служить строительным каркасом, задавая направление пролиферации клеток и ускоряя процесс формирования ткани.

Используя новый метод, учёным удалось создать биохимическую модель сердца из искусственной ткани миокарда. В отличие от микроэлектродов, сеть из нанопроводников не повреждает кардиомиоциты и практически не влияет на функционирование нервных клеток. Такая модель идеально подходит для детального изучения фармакологических эффектов кардиотропных препаратов.

Другим примером, иллюстрирующим богатые возможности методики, стало создание искусственной сосудистой сети. Эта модель позволяет в реальном времени отслеживать изменения состояния как наружных, так и внутренних слоёв стенок сосудов, одновременно контролируя параметры кровотока (давление, вязкость, pH).

Раньше биоинженерные подходы тоже предполагали формирование опорного каркаса для выращивания искусственных тканей, но он выполнял лишь механическую функцию и подвергался лизису в конце процесса.

Предложенный метод на основе наносети гистосовместимых проводников кардинально меняет взгляд на интеграцию микроэлектроники в живые ткани. В рамках новой концепции наносетям отводится ключевая роль в задачах долговременного неразрушающего управления развитием тканей и контроля за их состоянием.