Биологические ткани обладают способностью к организации и изменению формы под действием сил, генерируемых их собственными клетками. Биоинженеры используют это свойство для создания искусственных живых материалов, способных принимать заданные формы. Однако точное управление поведением ткани и направление ее внутренних сил для принятия желаемой формы остается серьезной проблемой.

Новое исследование, проведенное Институтом биоинженерии Каталонии, Политехническим университетом Каталонии и Международным центром численных методов в инженерии в сотрудничестве с Европейской лабораторией молекулярной биологии в Барселоне представляет стратегию «программирования» этих изменений формы путем контроля ориентации клеток внутри ткани посредством химических паттернов.

В результате получается живая ткань, способная деформироваться контролируемым образом для создания воспроизводимых трехмерных структур.

Технология использует свойство вытянутых клеток выравниваться с соседями в упорядоченных доменах — поведение, называемое нематическим порядком. В точках, где этот порядок нарушается, возникают топологические дефекты — места концентрации механических сил. Исследователи наносили на плоские поверхности химические микропаттерны (линии адгезивного белка, окруженные неадгезивным полимером), чтобы задавать ориентацию клеток и положение дефектов.

Решающий этап наступал, когда ткань отслаивали от подложки. В прикрепленном состоянии клеточные силы оставались заякоренными, и лист оставался плоским. После отсоединения накопленное напряжение перераспределялось, заставляя ткань изгибаться и складываться в форму, определенную паттерном ориентации клеток. Исследователи сравнивают это с эластичным листом, натянутым и зафиксированным по краям: пока он удерживается, деформации нет, но если его отпустить, он принимает новую форму, определяемую внутренними напряжениями.

Теоретические модели, разработанные исследователями, позволяют предсказывать, как заданный паттерн ориентации трансформируется в конкретную трехмерную форму, говорится в пресс-релизе.

«Мы демонстрируем способность проектировать форму живой ткани, просто контролируя ориентацию ее клеток», — сказал Ксавьер Трепат из Университета Барселоны, один из исследователей.

Новая технология открывает путь к созданию живых тканей без использования каркасов, биологических актуаторов для биогибридных роботов и живых поверхностей, которые перестраивают свою форму в ответ на окружающую среду.

Смесь индия и галлия сохраняет жидкое состояние при комнатной температуре и обладает отличной электропроводностью. Из волокон этого сплава исследователи из Швейцарии изготовили электронный датчик, который можно вплести в ткань одежды.