Биохимики научились синтезировать ткани, с точностью до атома похожие на живые

Мелинда Дьюер (Melinda Duer) и её коллеги из Кембриджского университета представили новую методику оптимального создания биологических тканей для последующей трансплантации. Используя это достижение, биоинженеры смогут производить ткани, настолько похожие на настоящие, что разницы не заметит даже иммунитет.

Cегодня учёные могут создать в лаборатории ткань, которая имеет микроскопическую структуру почти идентичную реальной животной ткани. Но даже в этом случае иммунная система с определённой долей вероятности может начать процесс отторжения.

"Иммунитет реагирует на взаимодействие химических единиц на атомном уровне. Некоторые неточности в инженерии тканей, такие как неправильная организация белков, могут привести к иммунной реакции и отторжению", — считает Дьюер.

Тем не менее, эти неточности практически невозможно обнаружить под микроскопом до трансплантации. Поэтому биохимики разработали новый метод конструирования лабораторных тканей, которые не отличались бы от природных прототипов даже на атомном уровне.

В рамках эксперимента мышей кормили особой пищей, обогащённой изотопами углерод-13 и азот-15, в течение трёх недель. После этого около 20% углерода и азота в тканях грызунов состовляли эти тяжёлые изотопы.

Ни один изотоп не был радиоактивен, но их атомные ядра вели себя как крошечные магниты, в отличие от более лёгких изотопов углерода и азота. Поэтому Дьюер и её коллеги использовали методику ядерного магнитного резонанса для создания карты атомной структуры тканей грызунов.

Затем учёные взяли те же самые тяжелые изотопы для создания синтетического варианта ткани, для которого также была составлена карта атомной структуры. Сравнивая карты, исследователи обнаружили мельчайшие несоответствия, которые затем поэтапно устраняли.

"Эту методику можно будет использовать при трансплантации и инженерии искусственных тканей. Раньше мы просто пересаживали имплантат и надеялись, что он не будет отторгнут. Теперь же научились определять, почему ткань отторгается, и где в атомной структуре располагаются несоответствия", — рассказывает Дьюер, чья статья вышла в журнале Science.

Чтобы протестировать методику и исследовать процесс развития костной ткани, учёные также использовали тяжёлые изотопы. Карта атомной структуры показала, что полиАДФ-рибоза — молекула, участвующая в репарации ДНК внутри клеток — играет важную роль в формировании костей. Это открытие было сделано едва ли не случайно, и Дьюер уверена, что без её методики выявить такие подробности не удалось бы.

По словам исследователей из Кембриджа, использование методики тяжёлых изотопов позволит не только делать фундаментальные открытия, такие как выявление роли полиАДФ-рибозы в формировании костей, но и в значительной степени изменит представления о трансплантации органов. Чем точнее будет синтезированная ткань совпадать с тканями реципиента, тем будет меньше шансов на последующее отторжение.