Інженерія нервових тканин прагне відтворити складне середовище мозку — позаклітинний матрикс, який підтримує ріст, розвиток та правильне формування зв’язків між нервовими клітинами. Це середовище має чітку структуру та містить сигнали, що керують тим, як клітини поводяться та взаємодіють. 3D-моделі, створені методами інженерії тканин, мають великий потенціал для імітації складної структури та функцій мозку. Проте в лабораторних умовах усе ще важко відтворити тонкі особливості його будови, оскільки сучасні методи часто не враховують дрібних деталей, що впливають на поведінку клітин. Науковці Каліфорнійського університету в Ріверсайді вперше створили функціональну тканину, схожу на мозкову, не використовуючи матеріалів тваринного походження чи біологічних покриттів. Їхня розробка — Bijel-Integrated PORous Engineered System (BIPORES) — пропонує нову повністю синтетичну платформу для інженерії нервових тканин. Цей прорив може суттєво зменшити або навіть повністю усунути потребу у використанні мозкової тканини тварин у дослідженнях. Він також підтримує ініціативу FDA щодо поступової відмови від тестування на тваринах у розробці ліків. Новий матеріал здебільшого складається з поліетиленгліколю (PEG), хімічно нейтрального полімеру. Сам по собі PEG подібний до тефлону для клітин — вони просто ковзають по його поверхні. Зазвичай для їх прикріплення потрібні білкові покриття, такі як ламінін або фібрин. Раніше науковці розробили метод STrIPS для безперервного виробництва мікрочастинок, волокон і плівок із пористою внутрішньою структурою. Але товщина цих матеріалів була обмежена приблизно 200 мікрометрами через особливості руху молекул під час формування. Щоб подолати це обмеження, дослідники створили систему BIPORES. Вона поєднує великі волокнисті форми зі складними візерунками пор, натхненними біконтинуальними емульсійними гелями (bijels) — м’якими матеріалами зі згладженими, вигнутими внутрішніми поверхнями. Ці волокна BIPORES виготовляють із гелеподібного розчину PEG, який перетворюють на пористу мережу й стабілізують наночастинками кремнезему. За допомогою спеціальної мікрофлюїдної установки та біопринтера команда створила 3D-структури з багатошаровими, взаємопов’язаними порами. Вони забезпечують вільний рух поживних речовин і відходів, а також підтримують ріст клітин углиб матеріалу. Під час тестування зі стовбуровими нервовими клітинами матеріал сприяв їх активному прикріпленню, росту та формуванню робочих нервових з’єднань. «Оскільки створений каркас стабільний, він підходить і для довготривалих досліджень», — зазначив провідний автор роботи Прінс Девід Окоро. — «Це важливо, адже зрілі мозкові клітини краще відображають реальні функції тканини при вивченні хвороб або травм». Щоб сформувати каркас, команда використала спеціальну рідку суміш із PEG, етанолу та води. PEG погано змішується з водою, поводячись як олія, а етанол допомагає створити однорідну суміш. Розчин пропускали через тонкі скляні трубки. При контакті з потоком води інгредієнти починали розділятися. Короткий спалах світла «заморожував» цей момент, створюючи губкоподібну структуру із безліччю дрібних пор. Через них вільно проходять кисень і поживні речовини, підтримуючи клітини всередині. «Матеріал забезпечує клітини всім необхідним, щоб вони росли, впорядковувалися та комунікували між собою у кластерах, схожих на мозкову тканину», — пояснила Іман Ношаді, доцент кафедри біоінженерії UCR. — «Оскільки структура краще імітує біологію, ми можемо точніше керувати поведінкою клітин». Зараз діаметр каркаса становить лише два міліметри, але команда працює над масштабуванням технології й уже подала нову наукову роботу про застосування цього підходу для створення тканин печінки. Їхнє довгострокове бачення — створити мережу лабораторних мініорганів, які взаємодіють між собою, як у реальному тілі людини. Вони прагнуть отримати моделі, що будуть не лише стабільними та довготривалими, а й такими ж функціональними, як їхня штучна мозкова тканина. «Взаємопов’язана система дозволила б побачити, як різні тканини реагують на однакове лікування та як проблема в одному органі може вплинути на інший», — каже Ношаді. — «Це крок до глибшого розуміння людської біології та хвороб у більш інтегрованому вигляді». З погляду біоміметики цей багатошаровий підхід набагато краще відтворює поведінку справжньої мозкової тканини. Тому він є потужним інструментом для вивчення хвороб, тестування ліків і розробки майбутніх методів відновлення або заміни пошкоджених нервових тканин. Джерело