Ученые сделали «живой диод» из сердечной мышцы

«Живой диод»: слева — мышечные клетки, справа — фибробласты
Can et al. 2017
Американские ученые сконструировали «живой диод», состоящий из двух типов клеток: возбудимых кардиомиоцитов (клеток сердечной мышцы) и невозбудимых фибробластов (клеток соединительной ткани). Такие диоды, проводящие электрический сигнал только в одном направлении, смогут использоваться для контроля работы биосенсоров, создания «органов-на-чипе» и лечения нарушений работы мышц. Статья опубликована в журнале Advanced Biosystems.
Диод представляет собой электронный элемент, проводящий ток только в одном направлении за счет низкого сопротивления при передаче тока в одну сторону и высокого — при передаче тока в другую сторону. Состоящие из живых клеток проводящие элементы с такими свойствами в перспективе могут использоваться, например, для создания биороботов, контроля работы биосенсоров и биочипов, вживляемых в ткань, и лечения нарушения работы мышц, таких как дегенерация мышц или аритмия сердца. Также такие диоды могут пригодиться при разработке «органов-на-чипе» — искусственных органов из живых клеток, представляющих собой микросхемы с микрожидкостными каналами, выложенными живыми клетками.
В «живом диоде» принцип проведения сигнала только в одну сторону обеспечивается за счет применения двух типов клеток сердечной ткани: кардиомиоцитов (мышечных клеток) и фибробластов (клеток соединительной ткани). Кардиомиоциты, в отличие от фибробластов, способны не только пассивно проводить электрический ток через межклеточные контакты, но и генерировать возбуждение (потенциал действия) в ответ на электрическую стимуляцию (внешнюю или идущую со стороны соседних клеток). Фибробласты же не способны генерировать возбуждение и могут только пассивно передавать элктрический ток через межклеточные контакты. За счет этого электрический сигнал может быть инициирован кардиомиоцитами и передан как другим кардиомиоцитам, так и фибробластам. Фибробласты же не могу инициировать сигнал, но могут пассивно передавать его на небольшое расстояние.
«Живые диоды» могут найти применение в создании «гибридных» биороботов, комбинирующих биологические и электронные компоненты. В качестве двигателей для таких биороботов часто применяют мышечные клетки. Например, ученые из Иллинойсского университета в Урбане-Шампейне конструируют биороботов, которые движутся за счет сокращений модифицированных мышечных клеток, реагирующих на внешние воздействия: свет или электромагнитное поле. А исследователи из университета Кейс Вестерн Резерв создали биогибридного робота-улитку, в котором использовали ротовые мышцы калифорнийской морской улитки (Aplysia californica) и 3D-печатные полимерные компоненты.
Софья Долотовская