Человеческое тело — это сложнейшая биохимическая фабрика, где каждый процесс отлажен до мелочей. Особую роль в поддержании жизни играет внеклеточный матрикс — трехмерная сеть из белков и сахаров, которая окружает наши клетки. Он не просто служит каркасом, но и активно участвует в заживлении ран, передаче сигналов между клетками и поддержании гомеостаза. Изучение его реакций на механические воздействия всегда было сложной задачей для ученых. Но теперь, кажется, найден ключ к решению этой проблемы.
Исследователи из Института науки о свете Общества Макса Планка представили революционную методику. Они создали уникальные «умные» гидрогели, способные формировать микроскопические структуры, которые управляются с помощью света и температуры. Эти структуры действуют как миниатюрные машины в устройстве «лаборатория на чипе», сжимая живые клетки и моделируя механические воздействия, которые испытывает внеклеточный матрикс в живом организме.
Гидрогель — это полимер, способный удерживать огромное количество воды, оставаясь при этом упругим. Его ключевое преимущество — сходство с биологическими тканями, которые также состоят в основном из воды. Это делает его идеальным материалом для биомедицинских исследований. В новой работе ученые наделили гидрогель дополнительным свойством: способностью точно контролируемо сжиматься или расширяться под внешним воздействием.
«Наш метод позволяет генерировать механические силы с высокой пространственной и временной точностью и фиксировать их воздействие на биологические системы», — объясняет ведущий автор исследования Висенте Салас-Кирос. В экспериментах ученые смогли наблюдать, как силы, создаваемые микроструктурами, вызывают изменения даже на расстоянии в сотни микрометров в коллагеновой сети, отслеживая движение флуоресцентных маркеров.
Технология открывает беспрецедентные возможности для диагностики и фундаментальных исследований. Как отмечает соавтор работы Катя Циске, в будущем на основе этого метода можно будет создавать интеллектуальные системы для тестирования 3D-моделей раковых опухолей или процессов ангиогенеза — формирования новых кровеносных сосудов. Ученые видят в этих структурах потенциал микромашин, которые смогут точечно исследовать и взаимодействовать с тканями на микроуровне.
«Мы видим большой потенциал в использовании этого метода для диагностики», — подчеркивает Циске. Это означает, что в перспективе врачи смогут не только подробно изучать реакцию конкретных тканей пациента на механическое напряжение, но и прогнозировать развитие заболеваний, тестировать эффективность терапии и даже направленно стимулировать заживление.
Разработка немецких ученых, подробно описанная в журнале Lab on a Chip, — это значительный шаг к персонализированной медицине будущего. Она стирает границу между живой тканью и диагностическим инструментом, предлагая подход, в котором мягкие, управляемые микромашины становятся частью исследовательского процесса, открывая новые горизонты в понимании самой основы нашей биологии.
