Как сделать мышцы из водных капель

Исследователи из Оксфордского университета (Великобритания) создали живую ткань из воды. Впрочем, стоит сразу же признаться в некотором преувеличении. Во-первых, вода у них была смешана с липидами и жирными кислотами, а во-вторых, полученная структура напоминала живые ткани по ряду признаков (например, могла сокращаться, подобно мышцам, и проводить электрический импульс, подобно нейронам), но никакого метаболизма, роста и самовоспроизведения у такой ткани, понятно, не было.

Схема билипидного слоя, формирующего клеточную мембрану. Длинные зелёные хвосты соответствуют гидрофобным частям молекул липидов. (Рисунок mchelen.)

Инструментом послужил 3D-принтер, который «выплёвывал» капли воды, превращавшиеся в водно-липидные шарики. Как известно, капля воды, обёрнутая в жир, есть простейшая модель клетки. Но у клетки мембраной служит не просто слой жира, а билипидный слой, у которого жирные гидрофобные части молекул обращены внутрь, в межслойное пространство, а заряженные гидрофильные концы обращены к воде. Такие структуры можно создать искусственно, если столкнуть в воде две липидные капли: из одинарных слоёв срастётся двойной и обернётся вокруг водной капли. У клеток мембрана служит для соединения и коммуникации между собой, однако искусственные водяные «клетки» никому не удавалось объединить.

Исследователи сумели разрешить эту трудность с помощью, как было сказано, 3D-принтера. Носик принтера был погружён в смесь липидов и масел, и вода, попадая в него, оборачивалась шариком в липидной оболочке. Процесс был поставлен так, чтобы каждая следующая капля падала рядом или сверху предыдущей, и в результате получалась кубическая или шарообразная структура, составленная из водных капель.

Исследователи использовали принтер с двумя носиками, чтобы одновременно делать капли из двух разных растворов — высоко- и низкосолевого. В итоге получалась трёхмерная сеть из 35 тысяч шариков, различающихся по концентрации солей внутри. Вода может проходить через билипидный слой, и высокосолевые шарики выкачивали воду из низкосолевых соседей. А это вело к тому, что структура начинала сокращаться, изгибаться и скручиваться.

Чтобы обеспечить электрическую проницаемость, исследователи добавляли в раствор токсин, который создавал поры в билипидном слое, открывая тем самым свободный путь для заряженных частиц. В общем, полученная структура напоминала по свойствам мышечную и нервную ткань, то есть могла сокращаться и проводить электрический ток, хотя и иным способом, чем в настоящих тканях. В будущем эту технологию можно использовать для создания аналогов органов и тканей для пересадки, но перспективы эти слишком отдалённые. Пока же такие тканеподобные структуры могут пригодиться в качестве модели при изучении биофизических процессов, которые происходят между клетками.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science

Подготовлено по материалам Оксфордского университета.