Биоинженеры и биохимики биологического факультета МГУ им. М. В. Ломоносова совместно с химиками и физиками Томского политехнического университета использовали поли-3-оксибутират, чтобы создать новый искусственный биоматериал, обладающий не только структурой и физико-химическими характеристиками соединительной ткани, но и её пьезоэлектрическими свойствами. Прежде всего, с помощью контролируемого бактериального биосинтеза был получен поли-3-оксибутират с заданной химической структурой. Затем из поли-3-оксибутирата методом электроформования создали волокнистые скаффолды со структурой, повторяющей структуру соединительной ткани, которая представляет собой переплетения полимерных волокон. Чтобы многократно усилить пьезоэлектрические свойства полимера, в него добавили магнитоактивные наноматериалы — наночастицы магнетита и их комплексы с оксидом графена. Это позволило включать и выключать генерацию электрического поля на поверхности материала наложением внешнего переменного магнитного поля. Внешнее магнитное поле низкой частоты (около 1 Гц) генерировали с помощью специально созданной установки.
Далее исследователи изучили способность полученного биоматериала противостоять заселению его бактериями (что важно для использования его в регенеративной медицине), то есть способность управлять поведением живых бактерий при наложении внешнего магнитного поля. Для испытаний выбрали два вида бактерий: грамотрицательные Escherichia coli и грамположительные Lactobacillus fermentum.
Внешнее магнитное поле в полимерном биоматериале с магнитными наночастицами вызывало выраженный пьезоэффект, который оказывал биологическое действие на клетки бактерий: их адгезия к поверхности скаффолдов уменьшалась. Для лактобактерий — почти в два раза. Воздействие пьезоэффекта на E. сoli было гораздо менее выражено, но зато заметное действие на адгезию этих бактерий к поверхности полимерного биоматериала оказывало само магнитное поле. Таким образом, эксперименты показали возможность регулировать адгезию бактерий к биополимерным скаффолдам как с помощью пьезоэффекта, так и с помощью прямого воздействия магнитного поля.
Исследователи считают, что полученные результаты помогут в развитии биоинженерии. А также при разработке новых имплантируемых пьезоактивных биоматериалов с внешне управляемым магнитным полем и создании пьезоактивных имплантатов, устойчивых к бактериальному инфицированию и образованию на их поверхности бактериальных биоплёнок. Пригодятся они и при разработке биосенсоров для диагностики адгезионной способности различных бактерий.
Исследование опубликовано в «International Journal of Molecular Sciences».
По информации пресс-службы МГУ им. М. В. Ломоносова.
