Сердце, пронизанное нанозолотом

Коллектив американских исследователей предложил использовать новый полимерно-неорганический композит для лечения последствий инфаркта.

Несмотря на повышение качества медицинского обслуживания в развитых странах, сердечно-сосудистые заболевания продолжают удерживать печальную пальму первенства в списке причин смерти. Некоторые из заболеваний требуют восстановления сердечных тканей, однако существующие наноструктурированные материалы, например альгинат, используемые для в качестве каркаса для восстановления таких тканей, обладают существенным недостатком – весьма посредственной проводимостью, что не позволяет восстановленному участку сердечной мышцы сокращаться / расслабляться синхронно с неповрежденными тканями.

Рис. 1. Схематическое изображение структуры тканей, выращенных на альгинатном каркасе (а) и на каркасе композита альгинат-золотые нанонити.

Все дело в том, что пористая структура используемых каркасных материалов препятствует прямому контакту между клетками, затрудняя передачу электрических импульсов. Для обеспечения контакта между разделенными клетками коллектив американских исследователей предложил «навести мосты» золотых (выбранных из-за нетоксичности золота) нанонитей (рис. 1), что отчетливо видно на СЭМ-микрофотографиях (рис. 2). Увеличение проводимости было подтверждено измерением проводимости (для чего пленка композита альгинат-нанонити была нанесено на подложку, покрытую ITO) и импеданса (для чего все та же пленка была зажата между двумя подложками, покрытыми ITO).

Рис. 2. Микрофотографии композитного материала, полученные с помощью ПЭМ и СЭМ.

Однако здесь можно задаться уместным вопросом – не будут ли нанесенные нанонити препятствовать росту тканей на альгинатном каркасе? Чтобы развеять все наши сомнения, авторы статьи извлекли клетки кардиомиоцита и фибробласта из левого желудочка падшей смертью храбрых лабораторной крысы и посеяли их на «чистый» альгинат и на композит. Спустя три и восемь дней созревания (первые три в так называемых стационарных условиях без внешнего электрического поля и последние пять с ним) была обнаружена сильная флуоресценция тропонина I (белок, участвующий в связывании ионов кальция и сокращении мышцы) в образце, содержащем композит, но не в чистом альгинате (рис.3).

Рис. 3. Нанонити в «пустынной» (е) области каркаса и по соседству с клетками (f). Сравните концентрацию тропонина в случае «чистого»(g) альгината и композита (h), а также обратите внимание на распределение коннексина 43 между кардиомиоцитами (i,j). Содержание коннексина 43 (j) и саркомерного актинина (k) для обоих каркасов спустя 3 и 8 дней, полученное с помощью вестерн блоттинга.

Вместе с тем, в «композитном» образце была обнаружена большая концентрация коннексина-43 (белка образующего щелевые межклеточные контакты, обеспечивающего синхронное сокращения сердечных клеток). Таким образом,

добавление золотых нанонитей к альгинату не только способствовало установлению полноценного электрического контакта между клетками, но также обеспечило лучший механический контакт между каркасом и клетками.

Рис. 4. Сравните перераспределение концентрации ионов кальция в различных точках (отмеченных римскими цифрами) при приложении внешнего механического воздействия (в точке I). Обратите внимание, что в случае чистого альгината концентрация ионов кальция меняется только в точке приложения механического воздействия, в то время как в случае композита концентрация меняется во всех контрольных точках синхронно. Белой стрелкой изображено направление распределения волнового фронта деполяризации клетки.

Поскольку в процессе сокращения/расслабления мышц существенно изменяется концентрация ионов кальция, то по ее изменению можно судить о синхронности сокращения / расслабления соседних клеток (рис.4).

Источник: Nature Nanotechnology