Британські вчені продемонстрували потенціал сфероїдів із бактеріальної целюлози до створення тривимірних фігур та самовідновлюваних матеріалів. У дослідах целюлозні сфери успішно використали для латання отворів у целюлозній плівці та з'єднання між собою фрагментів інших природних та синтетичних матеріалів. Результати, опубліковані в журналі Nature Communications, можуть посприяти створенню практичних штучних живих матеріалів.
Сфероїди з бактеріальної целюлози. Imperial College London
Які це штучні живі матеріали?
Штучні, або інженерні, живі матеріали відрізняються наявністю клітин на поверхні або всередині самого матеріалу, які надають йому додаткових корисних властивостей. Перспективною виглядає ідея додавання до матеріалів живих бактерій, що здатні виробляти бактеріальну целюлозу — природний полімер із хорошими механічними властивостями, здатністю утримувати воду та високою чистотою, у порівнянні з рослинною целюлозою. Її вже зараз використовують при виробленні тканин, косметичних засобів, медичних пов'язок та в аудіовізуальних технологіях. Але зростає зацікавленість щодо потенціалу таких бактерій надавати матеріалові можливість самовідновлення вже при найменших пошкодженнях. Це допомогло б значно подовжити життя різних виробів, особливо тих, що регулярно піддаються впливу несприятливих умов. Така можливість зацікавила вчених з Імперського коледжу Лондона, тому вони спробували створити власну версію самовідновлювального живого матеріалу з бактеріями.
Що створили вчені?
Науковці виростили у лабораторії крихітні сферичні структури, утворені з генетично модифікованих бактерій Komagataeibacter rhaeticus та целюлози, що вони її виробили. Вчені припустили, що такі сфероїди можна використати як будівельні блоки при виготовленні об'єктів різної форми. Попередні досліди показували, що із них можна успішно створити двовимірні плівки, а в новій роботі автори показали, що сфероїди здатні утворювати й невеликі тривимірні фігури бажаної форми.
Тоді вчені зацікавилися, чи можна використати їхні целюлозні сфери для відновлення пошкоджень матеріалів, утворених на основі бактеріальної целюлози. Тож вони зробили невеликі отвори у товстій целюлозній плівці та помістили в них сфероїди. Усього через три дні інкубації целюлозний матеріал було відновлено заповненням отворів у ньому новою бактеріальною целюлозою. Наступні досліди показали, що так само сфероїди можна використати для з'єднання між собою різних фрагментів целюлозного, а також інших матеріалів. Так, вчені змогли з'єднати за допомогою бактеріальної целюлози частини губки, деревини та бавовни.
Демонстрація «загоєння» целюлозної плівки сфероїдами (c,d) та з'єднання з їх допомогою фрагментів целюлозного (f) матеріалу, синтетичної губки, деревини, натуральної губки та бавовни (g). Joaquin Caro-Astorga et al. / Nature Communications, 2021
Що нам дають ці результати?
Вчені сподіваються, що сфероїди можна буде застосувати для створення матеріалів зі здатністю самостійно відновлюватися після пошкоджень. Для цього необхідно знайти оптимальний спосіб поєднання їх із іншими матеріалами, наприклад, тканинами, графітом або желатином, що дасть змогу створити ще складніші вироби, як-от біологічні фільтри, імплантовану електроніку чи пластирі з біосенсорами.
Утім, необхідно провести ще багато дослідів, перш ніж живі самовідновлювані матеріали в буденності стануть реальністю. Але целюлозні сфероїди можуть знайти своє застосування в медицині раніше. Науковці вважають, що поєднавши їх із бактеріями, які виробляють лікарські препарати, можна створити ефективні ранозагоювальні пластирі.