Шугуан Чжан (Shuguang Zhang), заместитель Центра биомедицинских разработок при Массачусетском технологическом институте, убежден, что он нашел способ собирать трехмерные клеточные структуры. В его методе используется трубка, заполненная самособирающимся пептидом – короткой молекулой аминокислоты, получившей название RADA16. Она спонтанно организуется в трехмерную структуру, подобно тому, как это происходит в организме.

В своей естественной среде этим пептидам свойственно соединяться вместе, образуя коллаген, который является главным компонентом соединительной ткани. Закрепившиеся в этой пористой паутине клетка способна обмениваться питательными веществами с другими, получать кислород, необходимый для обмена веществ, и сигнальные гормоны.

«Клетки образуют уже трехмерную, а не плоскую структуру, – объясняет исследователь. – Это коренное отличие». В чашке Петри группы клеток распределены по поверхности среды. Это резко меняет динамику роста и обмена веществ клеток.

За прошедшие 30 лет уже предпринимались попытки создать на основе микроволокон искусственные окружающие среды. Но применение синтетического микроволокна столкнулось с двумя главными препятствиями. Микроволокна с диаметром в несколько раз больше самой клетки, по существу, работают как чашка Петри. Созданный биоматериал подходящего диаметра Matrigel хорошо имитирует внеклеточные среды, но совершенно не подходит для имитации внутриклеточных структур раковых клеток мыши.

Самособирающиеся пептидные системы Чжана создают волокна диаметром 0,2% размера клетки, что в 5 тыс. раз меньше диаметра человеческого волоса. К основе из аминокислоты RADA16 Чжан добавил действующее начало, чтобы влиять на стволовые клетки, определяя из дифференциацию. Он проверял, насколько успешно проходит специализация стволовых клеток мозга мышей. Оказалось, что процесс специализации и превращения в клетки костного мозга совершается намного эффективнее, чем в нервной клетке мозга. Кроме того, пептид прекрасно сочетался с биотканью Matrigel.

«Был поставлен вопрос о том, смогут ли эти фантастические пептиды сотрудничать с биологически активными последовательностями, – комментирует нейробиолог Тодд К. Холмс из Нью-йоркского университета. – Эксперименты дают положительный результат».

Чжан утверждает, что подобные системы могут оказаться полезными и для других применений, включая регенерацию тканей. Майкл Э. Дэвис, инженер-биомедик из Университета Эмори, соглашается с тем, что самособирающиеся пептиды могут оказаться весьма универсальным классом полимеров.

По мнению исследователя, переход к трехмерным клеточным структурам убережет исследователей от стратегических ошибок планирования эксперимента. Они больше не будут преследовать химерные цели, возникающие в результате исследования плоских систем. Вероятно, лет через двадцать придется переписывать все учебники по цитологии из-за новых данных, полученных на объемных клеточных культурах.

Никхиль Сваминатан