«Заплатку» для сердца оснастили дистанционным управлением

Электронный компонент «заплатки»

Ron Feiner et al., Nature Materials, 2016

Израильские ученые разработали гибридную тканево-инженерную «заплатку» для сердца, которая позволяет мониторировать функцию имплантированных клеток, проводить их электростимуляцию и управляемо высвобождать лекарственные вещества. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Materials.

Сотрудники Тель-авивского университета создали двуслойную сеть из гибкого электроизолирующего полимера SU-8 с размерами ячейки около 100 на 1300 микрометров. Между слоями этой сети поместили 32 золотых электрода шириной 10 микрометров и толщиной 200 нанометров, которые заканчиваются квадратными пластинами, не покрытыми полимером. 28 пластин меньшего размера (50 на 50 микрометров) предназначены для записи электрической активности отдельных кардиомиоцитов. Четыре более крупных пластины (150 на 150 микрометров) — для размещения на них электрически активных полимеров, связывающих и контролируемо высвобождающих биологически активные вещества. Для увеличения площади поверхности и лучшей адгезии клеток пластины покрыли нанослоем нитрида титана. Полимерную сеть с электродами формировали на жесткой никелевой подложке, которую удалили в конце процесса.

Пористость такой сети-чипа превышает 99 процентов, что обеспечивает свободное прорастание клетками миокарда. Общий ее размер составляет 200 на 50 миллиметров. Механические свойства чипа позволяют складывать его или сворачивать в рулон, чтобы получить трехмерную «заплатку» нужного размера, равномерно пронизанную электродами и системами контролируемого высвобождения препаратов.

Полученный чип методом электроспиннинга покрыли поликапролактоно-желатиновыми волокнами, формирующими искусственный внеклеточный матрикс (каркас, на котором закрепляются клетки). Затем всю конструкцию инкубировали в культуре кардиомиоцитов, чтобы получить функционирующую ткань миокарда.


Электронный компонент устройства позволил проконтролировать качество получившейся ткани, в частности ее сократимость, способность к одностороннему проведению электрического потенциала, вызывающего сокращения мышцы, и реакцию на стимуляцию адреналином. Кроме того, с помощью электродов исследователи смогли проследить за активностью клеток миокарда в онлайновом режиме в реальном времени, а также изменить частоту и синхронизировать их сокращения.

Эффективность системы контролируемой доставки препаратов успешно проверили на отрицательно заряженных молекулах противовоспалительного средства дексаметазона и положительно заряженных молекулах стромального клеточного фактора 1 (SDF-1), который вызывает хемотаксис стволовых клеток для восстановления ткани.

Разработанная технология предназначена для восстановления сердечной мышцы после инфаркта с последующим контролем активности пересаженного участка и воздействием на нее электрическими стимулами и лекарственными препаратами. Как отмечают исследователи, электронный компонент чипа можно оснастить различными датчиками (температуры, рН, механического сопротивления и т.д.), а в перспективе — дополнить его системой обратной связи для саморегуляции.

Олег Лищук

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.