Ученые сделали «живой диод» из сердечной мышцы

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.

Технически «живой диод» представляет собой прямоугольник из клеток, выращенных методом сокультивирования на подложке из резиноподобного полимера полидиметилсилоксана. Для слежения за работой диода под слоем полидиметилсилоксана также находится панель микроэлектродов. На одной половине прямоугольника находятся кардиомиоциты, а на другой — фибробласты.

«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