Ученые ИТМО, Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета вместе с коллегами из Нидерландов и США выяснили, что гладкий медицинский биопластик проигрывает рельефному: клетки прикрепляются и растут лучше на шероховатой поверхности с углублениями, а не на ровной. Результаты опубликованы в журнале Langmuir.
Полигидроксиалканоаты (ПГА) — биоразлагаемые полимеры, которые синтезируют бактерии. Они совместимы с живыми тканями и распадаются в организме на нетоксичные вещества, поэтому считаются удобными кандидатами для имплантатов, шовных материалов и каркасов-скаффолдов для тканевой инженерии. Но мало получить биосовместимый материал — нужно, чтобы на нем прикреплялись и размножались клетки, а это зависит от рельефа поверхности на микро- и наноуровне.
Исследователи получили пленки из четырех растворов полимера разной концентрации: чем концентрированнее раствор, тем толще и грубее выходила пленка. На них «посадили» клетки-миобласты линии C2C12 — предшественники мышечной ткани. Чтобы не оценивать результат вручную, авторы разработали алгоритм: сверточная нейросеть сегментирует снимки клеток с флуоресцентного микроскопа, а затем их форму и размер сопоставляют с рельефом поверхности, полученным атомно-силовой и электронной микроскопией.
Оказалось, что на более толстых и шероховатых пленках клетки прикрепляются и растут лучше: им есть за что «зацепиться». Тонкие пленки из слабых растворов выходят гладкими, и клетки держатся на них хуже. «Клетки «сажают» на пленки, как растения на грядку. От того, насколько эта «грядка» рыхлая, зависит, как крепко клетка будет на ней сидеть и множиться», — пояснила заведующая лабораторией Института биофизики СО РАН Татьяна Волова.
Механизм ученые объясняют так: в концентрированных вязких растворах растворитель испаряется медленнее, полимер кристаллизуется неспешно и образует более крупные жесткие структуры, создающие развитую шероховатую поверхность. Результат важен для проектирования имплантатов и скаффолдов, которые должны быстро обрастать собственными клетками пациента и формировать новую ткань — мышцу, кость, хрящ или сосуды — не отторгаясь.
Ранее в МИФИ создали прибор для изучения полярных сияний.