Учёные из Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (БФУ) и Воронежского государственного университета выделили из мантии кальмара Гумбольдта (Dosidicus gigas) белок коллаген и создали из него гибкий и прочный каркас для выращивания человеческих клеток.
Svetlana Zhukova/Shutterstock
Кальмар Dosidicus gigas. Белок извлекают из его мантии, которая не употребляется в пищу.
– Коллаген – это структурный белок, который участвует в формировании межклеточного матрикса и "склеивает" клетки друг с другом. Матрикс составляет "окружающую среду" для клеток в соединительной ткани нашего организма, например, в сухожилиях, хрящах, костях, входит в состав нашей кожи, – рассказывает Евгений Чупахин, один из авторов исследования, сотрудник Образовательно-научного кластера "Институт медицины и наук о жизни" БФУ имени Иммануила Канта. – С 2019 года мы занимались исследованием коллагенового белка. И как химики, подробнее стали изучать его молекулярную структуру. Провели исследования и поняли, что он гибкий, растягивается, прочный. Оказалось, что из него можно делать так называемый мембранный лист – тонкую плёнку. Такая плёнка оказалась хорошей средой для роста клеток в культуре живой ткани.
Так учёные поняли, что из белков мантии кальмара можно сделать прочный каркас – некую форму для выращивания человеческих клеток. Также данный белок малотоксичен, что немаловажно.
– Также помимо прочности в этом коллагеновом каркасе прекрасно выживают клетки и можно управлять скоростью их роста. В этом ценность этого материала, – объясняет Евгений. – Сейчас, если нужен каркас, берут реальную ткань и из неё вымывают клетки, а потом заново выращивают. Процесс этот очень сложный. Специалист, который умеет это делать, учится около 15 лет. Каркасы из биоматериала мантии кальмара этот процесс унифицируют.
По словам эксперта, искусственно выращенные клетки применяют в пластической хирургии и в микрохирургии, для восстановления нервных клеток, заживления ран, в травматологии для восстановления повреждённых костей.
Получать белок коллаген из кальмара – идея не новая. Ещё несколько лет назад академик Несмеянов, который возглавлял Институт элементоорганических соединений РАН, мечтал создать синтетическую пищу, чтобы избавить человека от такого антигуманного акта, как лишение жизни живого существа. Сам он был вегетарианцем.
– Он создал две лаборатории, которые занимались разработкой такой пищи. И в одной из лабораторий активно изучалась биология морей, поскольку флот научных судов был весьма крупным. Они стали активно исследовать кальмара Гумбольдта, научились выделять его коллаген и получать такие материалы, как коллагеновая губка и коллагеновая мембрана, – рассказывает Евгений. – Этот материал работает как барьерная матрица, способная какие-то вещества блокировать, а какие-то пропускать сквозь себя. Например, он пропускает молекулы воды и воздуха. Это важно, если таким материалом нужно закрыть рану. Коллагеновую губку активно используют в стоматологии.
В ближайших планах учёных – получать чернила из созданного ими белка коллагена для 3D-принтеров, чтобы печатать каркасы для выращивания клеток в пространстве.
– Вы же представляете, как работают 3D-принтеры, которые печатают из пластика различные формы? Пластик расплавляется и по мере остывания приобретает форму. Здесь всё то же самое, только вместо пластика подаётся раствор коллагена. Он густой, плотный, а значит, есть время для сохранения формы при печати. Дальше добавляется второй реагент, который начинает соединять цепи этого коллагена друг с другом. Но поскольку это молекулярная сшивка, её размеры гораздо меньше, чем у самой клетки, появляется сеть таких сшивок. Сеть, которая обменивается друг с другом питательными веществами. Параллельно туда можно подсадить клетки – и так получается нужный каркас.