Пластыри из живых грибов могут стать будущим лечения ран

Грибы наиболее известны тем, что возвращают на Землю мертвую органическую массу, но материаловеды изучают, смогут ли они когда-нибудь помочь нашему организму восстанавливаться, используя специальные гидрогели. Новое исследование было опубликовано в журнале The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society.

Чтобы гидрогель мог применяться в биомедицинских целях, он должен иметь многослойную структуру, подобную нашей коже, хрящам и мышцам. Пока некоторые инженеры работают над синтетическими аналогами, имитирующими биологические процессы, учёные Университета Юты нашли гидрогель, который буквально живёт своей собственной жизнью.

Marquandomyces marquandii — распространённый вид почвенной плесени и перспективный кандидат на эту роль. Этот гриб столкнулся с неким кризисом самоидентификации: его ошибочно классифицировали как Paecilomyces marquandii, пока в 2020 году его не переименовали в отдельный род. Вскоре он, возможно, сможет добавить к своему послужному списку ещё и роль «биоинтегрированного гидрогеля».

Биоинтегрированные гидрогели создаются из организмов, которые, как нам известно, образуют сложные сшитые сетевые структуры, способные заменять наши собственные мягкие ткани.

«Гидрогели рассматриваются как перспективная альтернатива для применения в регенерации и инженерии тканей, в качестве матриц для культивирования клеток, клеточных биореакторов и носимых устройств благодаря их способности точно имитировать вязкоупругие свойства мягких тканей», — говорит ведущий автор исследования Атул Агравал из Университета Юты.

Хотя мы больше всего знакомы с грибами и плесневым пухом, на самом деле это репродуктивные органы организма. Грибы состоят в основном из сети нитей, называемых мицелием, обычно скрытых глубоко в почве, древесине или том старом авокадо на дне вашей фруктовой вазы. Именно эта волокнистая, слоистая сеть сделала грибы таким интересным биоматериалом для изучения.

«По мере роста они формируют поперечные перегородки, которые затем разделяют очень длинную нить на множество отдельных клеток», — говорит миколог Брин Дентингер из Музея естественной истории штата Юта. «Они будут расти вечно, пока вокруг достаточно питательных веществ… Мы могли бы использовать многие из этих особенностей, которые до сих пор до конца не изучены».

Другие грибы также тестировались на предмет их потенциала в качестве биомедицинских гидрогелей, но они часто оказывались слишком хрупкими или слишком быстро высыхали. В отличие от M. marquandii , который при выращивании методом стационарной жидкостной ферментации образовывал гидрогель, способный удерживать до 83% воды.

«То, что вы видите здесь, — это гидрогель с несколькими слоями», — говорит Агравал, имея в виду одну из колоний грибов, которую он выращивает в стеклянной колбе, наполненной желтоватой жидкой питательной средой. «Это видно невооружённым глазом, и эти несколько слоёв имеют разную пористость. Так, верхний слой имеет пористость около 40%, а затем идут чередующиеся полосы с пористостью 90% и 70%.»

Они предполагают, что эти различия в слоях возникают из-за изменений в скорости и стратегии роста: например, там, где грибы достигали поверхности питательной среды, её пористость была наименьшей, возможно, потому, что они отдавали предпочтение росту вбок. Это означает, что учёные могли корректировать условия выращивания, такие как подача кислорода и температура, для оптимизации микроструктуры гидрогеля в зависимости от его предполагаемого использования.

«В частности, этот экземпляр смог вырастить такие большие, мощные слои мицелия, что нас и интересует», — говорит инженер-материаловед из Университета Юты Стивен Нейлвей. «Мицелий состоит в основном из хитина, который похож на тот, что содержится в ракушках и экзоскелетах насекомых. Он биосовместим, но при этом представляет собой очень губчатую ткань».

«Теоретически его можно использовать в качестве шаблона для биомедицинских применений или можно попытаться минерализовать его и создать костный каркас», — добавляет Нейлвэй.

Пройдёт немало времени, прежде чем ваш врач сможет предложить грибную кожуру для лечения ожогов или эндопротез тазобедренного сустава, выращенный с помощью грибка. Вред M. marquandii для человека неизвестен, но исследования на животных показывают, что хитин, содержащийся в плесени, может вызывать редкие аллергические реакции.

С другой стороны, M. marquandii может способствовать росту некоторых растений. Потребуется ещё много экспериментов, чтобы понять, насколько хорошо этот почвенный гриб уживается с живыми тканями — мы не можем рисковать, как в «Одних из нас».

«Насколько нам известно, это первый отчет о том, что вид мицелия достигает таких гидрогелеподобных свойств в условиях погруженного роста, что позиционирует M. marquandii как новый и перспективный материал для биомедицинских применений», — отметили авторы исследования.