Вести с полей. «Оптогенетика 2025+»: smart-материалы для термогенетики

Ученые показали, что волокнистые материалы, в которые встроены фототермические элементы, способные нагреваться под действием света, ускоряют рост отростков нервных клеток. Благодаря этому свойству материалы могут быть полезны в регенеративной медицине для восстановления поврежденных нервов. Об этих результатах авторы работы рассказали на конференции «Оптогенетика 2025+».

Волокнистые материалы часто используют в регенеративной медицине для создания имплантатов и искусственных тканей. Это могут быть так называемые изотропные материалы — состоящие из случайно ориентированных волокон разного диаметра, — или анизотропные материалы — ориентированные в одном направлении нановолокна диаметром от 100 до 200 нанометров. При этом, меняя ультраструктуру материала, можно влиять на активность и морфологию выращиваемых на них клеток.

Ученые из Института теоретической и экспериментальной биофизики РАН исследовали рост нервных клеток на волокнистых материалах разной структуры. В экспериментах авторам удалось показать, что волокнистые материалы ускоряют рост отростков нервных клеток — нейритов — и стимулируют формирование синапсов.

Также исследователи проверили, как ведут себя на волокнистых материалах шванновские клетки, которые важны для роста нейронов и восстановления нервной ткани. Оказалось, что волокна способны поляризовать эти клетки, то есть «укладывать» их вдоль волокна. В результате этого формируются высокоориентированные структуры, напоминающие те, что есть в естественных тканях.

Затем ученые решили усилить воздействие материала на клетки, добавив активную фототермическую (тепловую) стимуляцию. Именно в рамках такого подхода волокнистые материалы могут использоваться для задач термогенетики.

«Мы получили smart-материалы, которые сочетают пассивную и активную модуляцию активности нервных клеток. Для этого в волокнистые материалы мы добавили фототермические элементы, в частности термоплазмонные частицы. Эксперимент показал, что такие smart-материалы действительно способны нагревать клетки, причем степень нагрева можно варьировать», — рассказала Ольга Антонова, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник ИТЭБ РАН. На клетках нейробластомы — часто используемой модели для исследования нервной ткани — ученые показали, что smart-материалы стимулируют удлинение отростков нервных клеток, а, значит, ускоряют их дифференцировку.

«Smart-материалы могут служить основой для разработки искусственных тканеинженерных конструктов для восстановления нервов. Мы планируем создать нейроимплантаты для замещения поврежденной ткани: сейчас начинаем доклинические испытания материалов первого поколения, в которых нет термостимуляции, после чего перейдем к материалам второго поколения с комбинированной стимуляцией», — подвела итог Ольга Антонова.

Текст: Виталина Власова

Всероссийская конференция «Оптогенетика 2025+» с международным участием проводится Институтом эволюционной физиологии и биохимии им. И. Сеченова РАН в Санкт-Петербурге в рамках крупного научного проекта № 075-15-2024-548