Биоинженеры склеили гидрогели хитозановыми пленками

Гидрогели находят широкое применение в биомедицине — от доставки терапевтических агентов до матриц для регенерации тканей. Тем не менее, быстрое и прочное прикрепление гидрогелевых конструкций друг к другу остается нерешенной задачей. Один из способов склеивания предложили авторы статьи в PNAS — они использовали тонкие хитозановые пленки.

Существующие подходы к адгезии гидрогелей основаны на диффузии склеивающих агентов в жидкости и образовании ковалентных связей, и это требует длительного времени. Напротив, «сухая» адгезия основана на быстром поглощении жидкостей на границе гидрогель—гидрогель и работает практически мгновенно. Для создания адгезии между двумя альгинат-полиакриламидными гелями ученые применили сухие пленки хитозана. Эти пленки обеспечивали быстрое (менее чем за секунду) и прочное скрепление гидрогелей за счет нековалентных взаимодействий.

Исследователи также продемонстрировали несколько возможных применений такого склеивания гидрогелей. Они показали, что гидрогели можно закреплять на поверхностях при помощи хитозана — например, использовать их в качестве самоклеящихся повязок на поврежденный палец. Также гидрогели, поверхность которых покрыта тонкими хитозановыми пленками, авторы обернули вокруг разных органов и тканей, не приклеивая гидрогель к самой ткани. Таким способом они закрепили гидрогели на кишечнике, сухожилиях и периферических нервах. Как пояснил доктор Бенджамин Фридман, первый автор статьи, это может пригодиться для того, чтобы «изолировать ткани друг от друга во время операций, поскольку в противном случае могут образовываться фиброзные спайки».

Добавить в избранное

Вам будет интересно

12.04.2024
158
0

Золотой стандарт выявления рака — гистологическое исследование с окраской ткани гематоксилином и эозином. Однако получение таких гистологических срезов инвазивно и времязатратно. Авторы статьи в Science Advances воспользовались машинным обучением и оптической когерентной томографией, чтобы моделировать гистологические изображения кожи пациентов.

Исследователи разработали метод, основанный на оптической когерентной томографии (ОКТ). Трехмерную реконструкцию клеток, содержащихся в коже, создают с помощью проникающего в ткань лазерного излучения. На основе этой реконструкции можно с микронной точностью создавать изображения срезов, имитирующие те, что получаются при стандартной биопсии. Чтобы получать такие изображения, авторы работы обучили нейронную сеть на парах изображений — они сопоставляли снимки гистологических препаратов здоровой кожи с 3D-реконструкциями, полученными методом ОКТ. Метод позволил сопоставлять ОКТ-реконструкции тканей кожи и гистологические срезы с точностью до 25 мкм, он показал высокую результативность более чем на 60% образцов. В частности, ученые валидировали методику на 40 парах виртуальных изображений и гистологических препаратов кожи. Выявление волосяных фолликулов в этих препаратах удалось провести с чувствительностью 85% и специфичностью 100%. Исследователи отмечают, что дальнейшее увеличение обучающего набора позволит повысить эффективность работы нейросети.

Авторы считают, что полученные виртуальные срезы смогут улучшить диагностику в клинической практике без дополнительного проведения биопсии.

05.04.2024
504
0

Срок жизни ядерной ДНК нейронов может быть таким же, как у организма в целом, а РНК, как правило, недолговечны, однако из всякого правила есть исключение. Авторы новой статьи в Science обнаружили, что долгоживущие РНК (LL-RNA) в клетках мозга мыши сохраняются и остаются функциональными более двух лет, то есть практически всю жизнь животного.

Исследователи метили РНК мышат 5-этинилуридином, что позволяло отслеживать конкретные молекулы длительное время. «К нашему удивлению, уже первые изображения показали присутствие долгоживущих РНК в различных типах клеток мозга. Нам пришлось дополнительно проанализировать данные, чтобы идентифицировать те, которые находятся в нервных клетках», — рассказывает один из руководителей работы Мартин Хетцер.

Долгоживущие РНК представляли собой смесь мРНК и некодирующих РНК, колокализованных в области гетерохроматина. За два с половиной года жизни мышей их концентрации снизились, но даже к концу этого срока они не исчезли. Исследователи получили in vitro модель мозга из стволовых клеток — предшественников нейронов и ингибировали в них экспрессию долгоживущих РНК, чтобы определить их функцию. ДНК в модифицированных клетках стала нестабильной, нарушилась архитектура гетерохроматина. Долгоживущие РНК, вероятно, вместе с неопознанными белками образуют стабильную структуру, которая каким-то образом взаимодействует с гетерохроматином, и этот процесс может быть необходим для обеспечения рекордной продолжительности жизни нервных клеток.

09.02.2024
707
0

Генетически модифицированные микроорганизмы находят все более широкое применение в промышленности, но с этим связаны и риски — например, при нарушении условий содержания микроорганизм может попасть в окружающую среду. Один из способов предотвратить такие утечки предложили авторы статьи в Nature Communications. Чтобы контролировать выживание пекарских дрожжей, они изменили стабильность нескольких ключевых белков и сделали ее зависимой от эстрадиола.

Ученые получили 775 штаммов Saccharomyces cerevisiae; в одном из генов каждого штамма  был изменен дегрон (участок, регулирующий скорость деградации белка). Модифицированный дегрон стабилизировался эстрадиолом, поэтому каждый из 775 полученных штаммов сохранял экспрессию белка только в присутствии этого соединения. Три гена — SPC110, DIS3 и RRP46 — оказались наиболее подходящими мишенями. Соответствующие штаммы нормально росли в присутствии эстрадиола, но их рост нарушался в его отсутствие. Наиболее значительное сдерживание роста обеспечил штамм с модификацией SPC110 — частота уклонения от такой системы контроля составила менее 5×10-7. Однако некоторым клеткам все же удавалось обойти внесенное учеными ограничение. Анализ «нарушителей» показал, что наиболее частым способом была мутация, вносящая преждевременный стоп-кодон на C-конце белка. Удаление C-концевого домена белка еще сильнее снизило выживаемость модифицированных дрожжей в отсутствие эстрадиола.

Авторы отмечают, что предложенный метод, основанный на лиганд-зависимом изменении стабильности ключевых белков, можно расширить — например, использовать другие малые молекулы в тех случаях, когда применение эстрадиола нежелательно.

11.01.2024
472
0

Желудочковые аритмии — причина внезапной сердечной смерти, и существует острая потребность в методах их лечения. Ученые из США разработали инъецируемый гидрогелевый электрод, который позволяет гораздо точнее стимулировать целевой участок, чем используемые в настоящее время способы кардиостимуляции. Такой электрод должен обеспечивать стимуляцию сердца из сердечных вен, куда он будет доставляться при помощи катетера.

Для создания электрода исследователи выбрали материал, похожий по жесткости на сердечную мышцу, — диакриламид полиэфир-полиуретана (PEUDAm). Проводимость полимера обеспечили при помощи реакции с акрилоилхлоридом, и в полученном гидрогеле она более чем в два раза превышала показатели целевого миокарда. Это позволяет создать проводящую магистраль, подобную волокнам Пуркинье.

Разработанный гидрогелевый электрод авторы работы испытали на свиньях. Чтобы смоделировать повреждения сердца, они проводили абляцию на эпикарде вблизи межжелудочковых вен (глубину образующегося рубца подтверждали при посмертном вскрытии). Подтвердив нарушение проводимости в сердце с помощью электрокардиографии (ЭКГ), ученые вводили в межжелудочковые вены гидрогелевый электрод. Электроанатомическое картирование показало, что стимуляция при помощи электрода увеличила площадь активации ткани, а фронт волны активации достигал средней части миокарда и эндокарда гораздо раньше, чем при точечной электростимуляции.

28.12.2023
529
0

Синтез хромосом de novo — длительный и затратный процесс, что ограничивает его применение в научных исследованиях и биотехнологии. Коллектив из Южно-Калифорнийского университета предложил альтернативу — создание синтетических хромосом дрожжей из природных фрагментов. Метод получил название  CReATiNG (от Cloning, Reprogramming, and Assembling Tiled Natural Genomic DNA).

Первый этап CReATiNG — клонирование сегментов природных хромосом. На этом шаге к концам сегментов добавляют уникальные адаптерные последовательности, определяющие, как молекулы будут рекомбинировать друг с другом в ходе дальнейшей сборки. Второй этап — совместная трансформация клонированных сегментов в клетки и их сборка путем гомологичной рекомбинации in vivo. Такой подход значительно дешевле и быстрее, чем сборка из синтезированных de novo фрагментов. Например, некоторые синтетические хромосомы, созданные авторами статьи, прошли путь от разработки in silico до тестирования in vivo в течение месяца, а их производство обошлось менее чем в пятьсот долларов.

Ученые показали, что CReATiNG можно использовать для создания синтетических хромосом со сложным дизайном, включающим более десяти сегментов. Кроме того, подход можно комбинировать с синтезом хромосом de novo. Например, хромосомы со свойственной дрожжам архитектурой, но с последовательностями из других видов, могут быть синтезированы de novo, а затем рекомбинированы с хромосомами дрожжей — это упростило бы изучение генетических основ репродуктивной изоляции и различий в признаках между филогенетически далекими организмами. Также с помощью CReATiNG можно собирать единые модули из генов, относящихся к одним и тем же сигнальным путям и клеточным процессам, что важно для их исследования.