Ученые разработали безопасный метод улучшения искусственных тканей с помощью вибрации

Механическое воздействие модулирует структурные и механические свойства. Автор: Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202515436

Исследователи из Департамента машиностроения Университета Макгилла обнаружили безопасный и недорогой метод создания живых материалов, таких как ткани, органы и тромбы. Просто вибрируя эти материалы во время их формирования, ученые могут значительно влиять на их прочность.

Результаты исследования, опубликованные в журнале Advanced Functional Materials, могут найти применение в трансплантации органов, заживлении ран и регенеративной медицине.

Полезные вибрации

Исследователи использовали динамик для применения контролируемой вибрации, мягко воздействуя на живые материалы во время их формирования. Таким образом они обнаружили, что могут влиять на организацию клеток и конечную прочность материала.

Метод работает с различными мягкими клеточными материалами, включая тромбы из реальной крови и других человеческих тканей.

Арам Бахмани, соавтор исследования и постдокторант Йельского университета, проводил исследование в Университете Макгилла в качестве аспиранта в лаборатории инженерии биоматериалов доцента Цзяньюй Ли. Бахмани объяснил, что прочные, быстро формирующиеся тромбы жизненно важны для использования в чрезвычайных ситуациях, таких как травматические повреждения. Они также полезны для людей с нарушениями свертываемости крови.

«С другой стороны, тот же подход может помочь создать тромбы, которые при необходимости легче разрушаются, помогая предотвратить опасные состояния, такие как инсульт или тромбоз глубоких вен», — добавил он. — «Механическое воздействие позволяет нам сделать материал в четыре раза прочнее или слабее, в зависимости от того, что нам нужно».

Почему предыдущие методы не справлялись

Более ранние подходы к формированию живых тканей полагались на физические силы, такие как магниты или ультразвуковые волны. Хотя и перспективные, эти методы часто не могут воспроизвести сложность реальных тканей, которые содержат миллиарды клеток и имеют толстые трехмерные структуры. Кроме того, они часто ограничены конкретными материалами, могут повреждать здоровые ткани и иногда вызывать иммунные реакции.

Исследование ученых впервые показывает, что механическая вибрация — очень простой и широкодоступный инструмент — может контролировать внутреннюю структуру и производительность живых материалов «безопасным, масштабируемым и высоко настраиваемым способом».

От лабораторного стола к живым системам

Чтобы подтвердить свои выводы, команда провела серию тестов для измерения того, как вибрация влияет на различные материалы с клетками, такие как гели на основе крови, плазма и альгинат, полученный из водорослей. Используя визуализацию и механический анализ, они оценили, насколько широко метод может быть применен. Затем они испытали технику на животных.

Результаты показали, что метод работает при применении внутри тела, не повреждая окружающие здоровые ткани.

Бахмани сказал, что верит, что этот простой метод однажды может быть интегрирован в передовые медицинские устройства или методы заживления ран.

«Что делает это особенно захватывающим, так это то, что наш метод неинвазивный, недорогой и простой в реализации», — сказал он. — «Он не опирается на дорогостоящие машины или сложные химические вещества, что означает однажды он может быть встроен в портативные медицинские устройства, такие как ручной инструмент для остановки кровотечения или умная повязка, которая ускоряет заживление».

Он отметил, что метод требует дальнейшего тестирования, например, в нестандартных ранах или в сочетании с определенными лекарственными препаратами, прежде чем его можно будет использовать в реальных медицинских условиях.

«Движение к клиническому использованию потребует миниатюризации устройств, оптимизации настроек для различных медицинских сценариев и завершения регуляторного тестирования для обеспечения безопасности и эффективности у людей», — сказал он.

Дополнительная информация: Aram Bahmani et al, Engineering Highly Cellularized Living Materials via Mechanical Agitation, Advanced Functional Materials (2025). DOI: 10.1002/adfm.202515436

Источник: McGill University