Добавление молекул пектина укрепляет биоматериалы на основе шелка

Источник: phys.org

Тело человека имеет ограниченную способность к самовосстановлению поврежденных костей или хрящей. Имплантация биоматериалов, заправленных стволовыми клетками, может помочь в регенерации костных тканей. Одним из таких биоматериалов является шелковый гидрогель — природное нетоксичное вещество, которое получают путем объединения протеинов шелка с водой. Эксперименты показали, что шелковые гидрогели ускоряют рост человеческих мезенхимальных стволовых клеток (hMSC). Эти клетки могут дифференцироваться в клетки костных и хрящевых тканей и являются идеальными предшественниками для их регенерации. К сожалению, шелковые гидрогели часто имеют недостаточную механическую прочность, что мешает их практическому применению.

Команда специалистов из научно-исследовательского центра RIKEN (Япония) под руководством г-на Кейджи Нумата нашла способ повысить механические характеристики гидрогеля на основе шелка. Ученые обратили внимание на пектин — натуральный полисахарид растительного происхождения, который широко используется в пищевой промышленности как загуститель. Исследователи предположили, что аминокислоты шелка — аргинин и лизин — могут взаимодействовать с пектином и сформировать прочную молекулярную сеть. Как отмечает г-н. Нумата, шелк является гидрофобным полимером, в то время как пектиновый полимер является гидрофильным. Ключевая задача ученых — создание стабильной полимерной смеси из этих двух материалов.

Исследователи получили водно-шелковую смесь путем извлечения белков из коконов тутового шелкопряда и фильтрации их через диализную мембрану. Затем они смешали шелковый раствор с пектином, запечатали смесь в контейнере со встроенной диализной мембраной и погрузили контейнер в метанол. Метанол регулировал перемещение воды через мембрану, в итоге был получен полутвердый шелково-пектиновый гидрогель. Изучая гидрогель под микроскопом, ученые увидели гетерогернную сеть шелковых волокон, связанных с пектином. Также было зафиксировано увеличение прочности и водоудерживающего потенциала материала. Эксперименты с клеточными культурами показали, что hMSC демонстрируют исключительную жизнеспособность на шелково-пектиновой подложке. При этом биоматериал внутри организма постепенно деградирует под воздействием ферментов, поощряя интеграцию дифференцированных клеток в окружающие ткани.