Ученые вырастили клетки со вживленной в них электроникой. Как и зачем выращивать эти клетки-киборги?

За последние несколько лет ученые создали такое количество искусственных органов, что из них можно было бы собрать целый искусственный организм. Это, конечно же, шутка, и искусственные органы разрабатываются совсем для других целей. В частности, для того, чтобы лучше изучать их работу и взаимодействие с различными веществами.

Но если с «целыми» органами все более или менее понятно, то вот следить за работой отдельных клеток не так-то просто. Во многом это связано с тем, что датчики довольно сложно поместить внутрь клеток, не повредив их при этом. Однако ученые из Гарварда придумали, как обойти это ограничение: выращивать клетки, в которых уже изначально будут находиться электронные компоненты.

Зачем выращивать «клетки-киборги»?

В первую очередь это нужно для того, чтобы лучше узнать о развитии различных заболеваний, о том, как они воздействуют на органы и как их победить. К тому же, такой подход поможет гораздо лучше протестировать лекарственные средства, выяснив больше об их влиянии на клеточном и субклеточном уровнях.

Не стоит думать, что подобное раньше никому не приходило в голову. Такие попытки предпринимались и ранее. Миниатюрные, если так можно, выразиться версии органов уже воссоздавали во всех деталях, только вот все датчики, которые позволяли изучать взаимодействие органа с внешней средой, прикреплялись, так сказать, «снаружи», не проникая внутрь клеток. Но исследователи из Гарвардской Школы нашли способ интегрировать датчики с самого процесса зарождения клеток для того, чтобы когда клетки сформировались, все нужное «оборудование» уже было бы «установлено».

Как создали клетки с электроникой внутри

Процесс создания такого рода клеток на самом деле выгляди куда проще, чем может показаться на первый взгляд. Для своего проекта ученые взяли гибкие наноэлектронные датчики (но уменьшенные), выполненные в виде растяжимой сетки. Такие датчики обычно используются при создании носимой электроники. Далее на эти датчики было нанесено несколько слоев стволовых клеток. После этого… оставалось лишь ждать (вполне возможно, что ученые коротали время, читая интересные новости из мира высоких технологий).

Клетки в ходе деления постепенно росли вокруг сенсоров и формировали ткани. Со временем клетки превратились в трехмерные органоидные структуры, внутри которых находились электронные сетки. Конечным результатом стали киберорганы – органы с полностью интегрированными датчиками.

Я думаю, что если мы сможем разработать наноэлектронику, которая настолько гибка, растяжима и мягка, что она сможет изменяться вместе с развивающейся тканью, встроенные датчики смогут измерять всю активность процесса развития, — говорит Цзя Лю, ведущий автор исследования. Конечным результатом нашей работы является кусок ткани с наноразмерным устройством, полностью интегрированным и работоспособным.

В своих тестах исследователи смогли заставить стволовые клетки видоизмениться в кардиомиоциты (клетки сердечной ткании), а затем использовать встроенные датчики для мониторинга и записи активности клеток в течение 90 дней.

Новый метод позволяет нам непрерывно контролировать процесс развития тканей на клеточном уровне и понимать, как динамика роста отдельных клеток влияет на весь орган в целом.

Искусственные могут быть очень полезными при проведении различных исследований. Однако все же стоит помить, что они не на 100% копируют настоящие органы. Поэтому мечтать об искусственных органах со встроенными датчиками, которые можно было бы пересадить людям, пока что рановато.