Микроскопические капли воды, ограниченные липидной мембраной и уложенные друг на друга с помощью трёхмерной печати, могут передавать друг другу электрический импульс, подобно нервным клеткам.

Исследователи из Оксфорда создали искусственный аналог нервной цепочки: синтетические клетки, упакованные с помощью 3D-принтера в некое подобие проводящей ткани, оказались способны проводить электрический импульс. Сразу скажем, что клетки в данном случае – это крохотные капли воды объёмом 50-100 пиколитров, заключённые в однослойную липидную мембрану. Понятно, что в таких каплях содержалась не только вода, в них была ещё ДНК с генами, кодирующими трансмембранные белки, и весь необходимый аппарат белкового синтеза. Трансмембранные белки, синтезировавшиеся в «клетке», формировали в мембране сквозной канал – так между двумя каплями появлялся «межклеточный контакт», через который мог проскочить электрический сигнал. Работа «нервной цепи» зависела от освещения – в «клетках» находился ещё и особый фоточувствительный белок, который под действием света связывался с ДНК и активировал записанные в ней гены трансмембранных белков.

Схема передачи сигнала по цепочке «синтетических клеток»: гены под действием света синтезируют трансмембранные белки, которые встраиваются в мембраны и формируют канал для передачи электрического импульса. (Иллюстрация Michael Booth / University of Oxford

3D-принтер, печатающий проводящую «ткань» из синтетических «клеток». (Фото Michael Booth / University of Oxford.)

Плотной упорядоченной укладки капель достигали, как было сказано выше, с помощью 3D-принтера. Сама технология трёхмерной печати из таких «клеток» разработана уже давно, но сейчас авторам работы пришлось разработать для них новый рецепт, чтобы и сами «клетки», и содержащиеся в них молекулярные машины для транскрипции (синтеза РНК-копий на ДНК) и трансляции (синтеза белка на РНК), пройдя через принтер, оставались бы в рабочем состоянии.

Подробно про «синтетические нервы» можно узнать из статьи в Science Advances. Главными достижениями Майкл Бут (Michael J. Booth) и его коллеги считают то, что им удалось встроить в нервную цепочку световой выключатель, и что распространение импульса не ограничивалось двумя «клетками», что сигнал шёл дальше – к третьей капле, четвёртой, десятой и т. д. В такой искусственной системе вполне можно изучать некоторые закономерности распространения импульса по проводящим тканям, однако в перспективе исследователи хотят совместить искусственные клетки с настоящими. Правда, для этого нужно решить две технологические проблемы: во-первых, напечатанные 3D-принтером комплексы капель «живут» в масляной среде, а настоящим клеткам нужен водный раствор; во-вторых, белки пор в искусственных клетках встраиваются в однослойную липидную мембрану, тогда как у настоящих клеток она двуслойная, и неизвестно, сформируется ли между ними трансмембранная белковая пора. Может быть, контакт между искусственной и настоящей клеткой получится организовать в виде синапса, когда между клеточными мембранами остаётся определённое пространство, а передача импульса происходит с помощью специальных химических молекул-нейромедиаторов. Говорить о практическом применении тут пока рано, хотя, если дать волю фантазии, можно представить себе, как в будущем мы сможем создавать синтетические заплатки для мышц, а то и для мозга.