Группа ученых представила первый образец мини-лаборатории для создания клеточных культур. Из чего состоит лаборатория и как экспериментировать с ее помощью, рассказал портал ИТМО.
Проект был реализован учеными ИТМО, Сибирского федерального университета, Фонда инфраструктурных и образовательных программ и «Научно-производственного объединения Пролаб».
Разработчики рассказали, что обычно эксперименты проводятся в культуральных боксах. Это стационарные изолированные помещения, в которых поддерживают нужные условия. Для работы с микроорганизмами, культурами клеток тканей и органов обязательна стерильность, определенная температура, а также очистка воздуха. Основной недостаток существующих боксов в том, что они не мобильны и вмещают малое количество людей.
Для решения этой проблемы, ученые разработали автономную мини-лабораторию. Она представляет из себя прозрачный куб с гранью три метра. Внутри находится оборудование для культивирования клеток, включая ламинатный шкаф, термостат, СО2-инкубатор, микроскоп, холодильник, водяную баню и центрифугу. Кроме того, там можно разместить роботизированную платформу для анализа материалов с помощью атомно-силовой микроскопии. Куб оснащен автономными системами вентиляции и стерилизации и высокоэффективными воздушными фильтрами.
Мини-лаборатория может решать нескольких задач:
- Исследовательские. Куб предназначен для работы с клетками двух типов: ядерными (эукариотическими) и безъядерными (бактериальными). В нем проводятся разнообразные эксперименты, включая выращивание и программирование поведения клеток и бактерий с использованием различных подходов. Для культивирования клеток используют биополимерные изделия, изучают их реакцию и совместимость с материалом. Появляется возможность улучшить реакции клеток, управляя структурой материалов, что позволит найти новые решения для восстановительной медицины. В планах исследователей — изучение мышечных клеток сердца, с тем, чтобы определить, как они приживаются на разных полимерах. Цель ученых — заставить клетки сокращаться определенным образом, что позволит создать кардиоимплантаты. «В лаборатории мы занимаемся модельной тканевой инженерией — создаем ткани и органы человеческого тела в простейшей культивационной системе. Для этого мы культивируем клетки на образцах биоразрушаемых полимерных материалов, обладающих различной микро- и наноструктурой, и смотрим, как на эти материалы реагируют клетки. В зависимости от типа сигналов, которые формируют материалы, клетки могут прилипать к поверхности материалов, размножаться, прорастать вглубь или умирать. В зависимости от этого мы будем разрабатывать такие материалы, которые бы помогли добиться нужных от клеток функций», — Екатерина Шишацкая рассказала руководитель проекта, лауреат программы .
- Обучающие. Благодаря конструкции лабораторию-куб можно использовать в школах и университетах для демонстрации экспериментов учащимся и студентам. Куб не требуется специального помещения и системы вентиляции. Он может быть собран в любой комнате. Кроме того, конструкция имеет прозрачные стороны и оборудована камерами, которые передают работу, происходящую в лаборатории.
- Автоматизации экспериментов. В лаборатории есть роботизированная рука, которая заменяет помощника и автоматизирует часть экспериментов. Она взаимодействует с человеком, который доставляет растворы и расходные материалы, а также рассматривает результаты под микроскопом. Результаты эксперимента загружаются в базу данных, которая анализируется искусственным интеллектом. Он принимает решение о следующей серии образцов для исследования. В будущем ученые планируют полностью автоматизировать этот процесс.
Исследователи планируют использовать лабораторию для развития такой сферы, как «орган-на-чипе», то есть создание миниатюрных копий тканей и органов. Для этого они изучают методы программирования поведения кардиомиоцитов с использованием биоразлагаемых полимерных материалов, чтобы научить клетки сокращаться. В будущем эти достижения могут быть масштабированы для разработки полноценного искусственного сердца. Предполагается усовершенствовать оборудование лаборатории, чтобы дистанционно наблюдать за ростом клеток с помощью спецмикроскопа и камеры. Машинное зрение поможет сформировать базы данных, используемые для исследований в сферах регенеративной медицины, материаловедения и клеточной биологии.
Ранее мы писали, что ученые из Передовой инженерной школы ИТМО разработали инновационный метод лечения, который использует специальные материалы, способные активизировать наше собственное иммунное систему. Эти материалы оказывают поддержку нашим полезным бактериям, таким как лакто- и бифидобактерии, в борьбе с инфекционными заболеваниями, применяя внутренние резервы нашего организма.
Фото: news.itmo.ru
