Новости

Международному научному коллективу ученых удалось воспроизвести материал, максимально похожий на кровеносные сосуды человека. Исследователи МГУ, Университета «Сириус», университета Северной Каролины и института материаловедения CNRS разработали биомиметический материал, наиболее полно воспроизводящий механику мягких живых тканей человека. Результаты проделанной работы опубликованы в высокорейтинговом журнале Materials Horizons.

Биомиметические наноматериалы – это искусственные материалы, созданные на основе принципов, реализованных в живой природе. Опубликованные результаты – это продолжение многолетней работы, в рамках которой международный коллектив ученых разрабатывает наноматериалы, которые могли бы полностью заменить или, по крайней мере, максимально приблизиться к свойствам человеческих тканей. Разработка таких материалов позволит восстанавливать поврежденные ткани организма человека после травм и заболеваний.

Кожа человека или ткани органов обладают парадоксальным набором свойств с точки зрения физики и механики: они одновременно и мягкие, и жесткие, и демпфирующие, то есть способны поглощать механическую энергию. Ни один искусственно созданный материал пока не способен был продемонстрировать хоть сколько-нибудь похожие характеристики. Некоторые искусственные материалы могут воспроизводить одновременно два свойства, однако реализовать все четыре в одном материале для воспроизведения механических свойств ткани было невозможно.

В отличие от предыдущих работ научного коллектива, целью данного исследования было воспроизведение сразу всех четырех ключевых механических параметров живых тканей, а именно мягкости, деформационной упрочняемости, прочности и демпфирующих характеристик. Для этого авторы впервые использовали макромолекулярные архитектуры на основе щеточных сополимеров с привитыми линейными блоками, формирующими в результате микрофазового разделения физические узлы эластомерной сетки. Благодаря этому ученым удалось обеспечить максимально высокую прочность материала до 10 МПа. Эта величина близка к соответствующему показателю, например, для стенок кровеносных сосудов.

«Пока что мы далеки от биомедицинских применений. Наша задача была хотя бы приблизиться по механике к материалам, неотличимым от живых тканей. И нам это удалось! Теперь у нашего материала достаточная прочность и демпфирующие характеристики, и мы можем тонко подстраивать их, чтобы материал соответствовал биологическим аналогам, сделанным природой», – комментирует Дмитрий Иванов, руководитель направления «Биоматериалы» Университета «Сириус», заведующий лабораторией инженерного материаловедения факультета фундаментальной физико-химической инженерии МГУ.

флуоресцентные изображения эмбриональных фибробластов мыши NIH 3T3 (а и б) и эпидермальных кератиноцитов человека  HaCaT (в и г), полученные через сутки после начала культивирования клеток на матриксах полилактид-желатин

Научная группа разрабатывает так называемые платформы – это структура, в которой при необходимости можно заменить сегменты, внести разное химическое содержание и получить определенный набор характеристик материала. Так ученые могут задавать необходимые свойства материалам и быстро получать нужную ткань. Такие наноматериалы в будущем могут быть использованы для биомедицинских применений, от реконструктивной хирургии до носимой электроники.

Ученым удалось продемонстрировать практическую возможность предлагаемых методов разработки биомиметического материала, воспроизводящего свойства тканей кровеносных сосудов. Дальше предстоит работа с биологами и медиками, необходимо провести эксперименты с клеточными культурами, чтобы приблизить технологию к внедрению и практическому применению в медицине. Эта работа планируется в том числе новом лабораторном комплексе Университета «Сириус», где как раз реализована междисциплинарная коллаборация ученых, благодаря чему над проектом одновременно могут работать эксперты из разных областей науки.

1