Используя ДНК, мельчайшие частицы кремнезема и углеродные нанотрубки, исследователи из Технологического института Карлсруэ (KIT) разработали новые программируемые материалы. Эти нанокомпозиты можно адаптировать для различных применений и запрограммировать на быстрое и мягкое разложение. Для медицинских применений они могут создавать среду, в которой человеческие стволовые клетки могут оседать и развиваться дальше. Кроме того, они подходят для создания биогибридных систем, например, для производства электроэнергии. Результаты представлены в Nature Communications и на платформе bioRxiv.
Стволовые клетки культивируются для фундаментальных исследований и разработки эффективных методов лечения тяжелых заболеваний, т.е.е. например, для замены поврежденной ткани. Однако стволовые клетки формируют здоровую ткань только в адекватной среде. Для формирования трехмерных тканевых структур необходимы материалы, поддерживающие функции клеток за счет идеальной эластичности. Новые программируемые материалы, подходящие для использования в качестве субстратов в биомедицинских приложениях, были разработаны группой профессора Кристофа М. Нимейера из Института биологических интерфейсов 1 - Биомолекулярные микро- и наноструктуры (IBG 1) KIT вместе с коллегами из Института. машиностроения и механики, Зоологического института и Института функциональных интерфейсов КИТ. Эти материалы могут быть использованы среди прочего для создания среды, в которой стволовые клетки человека могут приживаться и развиваться дальше.
Как сообщили исследователи в Nature Communications, новые материалы состоят из ДНК, мельчайших частиц кремнезема и углеродных нанотрубок. «Эти композиты производятся в результате биохимической реакции, и их свойства можно регулировать, изменяя количество отдельных компонентов», - Кристоф М.объясняет Нимейер. Кроме того, нанокомпозиты можно запрограммировать на быструю и мягкую деградацию и высвобождение выросших внутри клеток, которые затем можно использовать для дальнейших экспериментов.
Новые материалы для биогибридных систем
Согласно другой публикации группы IBG 1 на бионаучной платформе bioRxiv, новые нанокомпозиты также можно использовать для создания программируемых биогибридных систем. «Использование живых микроорганизмов, интегрированных в электрохимические устройства, является расширяющейся областью исследований», - говорит профессор Йоханнес Гешер из Института прикладных биологических наук (IAB) KIT, который участвовал в этом исследовании. «Таким образом можно производить микробные топливные элементы, микробные биосенсоры или микробные биореакторы». Биогибридная система, созданная исследователями KIT, содержит бактерию Shewanella oneidensis. Он экзоэлектрогенен, что означает, что при разложении органического вещества в условиях недостатка кислорода возникает электрический ток. Когда Shewanella oneidensis культивируется в нанокомпозитах, разработанных KIT, она заселяет матрицу композита, тогда как неэкзоэлектрогенная бактерия Escherichia coli остается на ее поверхности. Композит, содержащий Shewanella, остается стабильным в течение нескольких дней. Дальнейшая работа будет направлена на открытие новых биоинженерных применений новых материалов.