Ученые Университета «Сириус» и МФТИ провели исследование с помощью новой уникальной методики на основе атомно-силовой микроскопии
Ученые из России впервые в мире исследовали механические свойства отдельных молекул гиалуроновой кислоты
Группа ученых Университета «Сириус» и МФТИ исследовала фундаментальные свойства гиалуроновой кислоты на уровне отдельной молекулы с помощью новой уникальной методики на основе атомно-силовой микроскопии. Благодаря полученным данным специалисты смогут в будущем разработать биомиметические материалы, максимально похожие на живые ткани человека.
Результаты проведенного исследования опубликованы в журнале Q1 Carbohydrate Polymers.
Гиалуроновая кислота активно используется в биомедицинских и косметических целях, а также входит в состав внеклеточного матрикса млекопитающих. Её особенность еще и в том, что в процессе эволюции она практически не изменялась. Понимание механических свойств гиалуроновой кислоты позволит на ее основе создавать материалы максимально приближенные к тканям живой природы. Например, у человека она входит в состав кожи, пуповины, синовиальной жидкости, стекловидного тела глаза и других тканей и органов.
В своей работе ученые использовали метод атомно-силовой микроскопии (АСМ), суть которого заключается в сканировании поверхности образца острым зондом. В результате этого получаются данные о микрорельефе. Специально для этого исследования Дмитрий Клинов, руководитель группы направления Биоматериалы Университета «Сириус», разработал сверхострые зонды, радиус острия которого около 1 нм. Благодаря таким зондам стало возможным получение изображения отдельных молекул полимеров.
Еще одним важным условием для визуализации отдельных молекул полимера стало использование атомарно-ровной подложки. Ранее ученые разработали метод модификации поверхности высокоориентированного пиролитического графита с помощью глицин-содержащих молекулярных слоев.
Группа ученых Университета «Сириус» и МФТИ исследовала фундаментальные свойства гиалуроновой кислоты на уровне отдельной молекулы с помощью новой уникальной методики на основе атомно-силовой микроскопии. Благодаря полученным данным специалисты смогут в будущем разработать биомиметические материалы, максимально похожие на живые ткани человека.
Результаты проведенного исследования опубликованы в журнале Q1 Carbohydrate Polymers.
Гиалуроновая кислота активно используется в биомедицинских и косметических целях, а также входит в состав внеклеточного матрикса млекопитающих. Её особенность еще и в том, что в процессе эволюции она практически не изменялась. Понимание механических свойств гиалуроновой кислоты позволит на ее основе создавать материалы максимально приближенные к тканям живой природы. Например, у человека она входит в состав кожи, пуповины, синовиальной жидкости, стекловидного тела глаза и других тканей и органов.
В своей работе ученые использовали метод атомно-силовой микроскопии (АСМ), суть которого заключается в сканировании поверхности образца острым зондом. В результате этого получаются данные о микрорельефе. Специально для этого исследования Дмитрий Клинов, руководитель группы направления Биоматериалы Университета «Сириус», разработал сверхострые зонды, радиус острия которого около 1 нм. Благодаря таким зондам стало возможным получение изображения отдельных молекул полимеров.
Еще одним важным условием для визуализации отдельных молекул полимера стало использование атомарно-ровной подложки. Ранее ученые разработали метод модификации поверхности высокоориентированного пиролитического графита с помощью глицин-содержащих молекулярных слоев.
«Использованный в работе метод АСМ совершенно не новый, однако мы довели его до совершенства. Атомарно-ровная поверхность в качестве подложки, в сочетании со сверхострыми зондами, позволили нам визуализировать отдельные молекулы гиалуроновой кислоты. Ничего подобного до нас в мире никто еще не делал», – рассказывает Дмитрий Клинов.
Визуализация отдельных молекул гиалуроновой кислоты с высоким разрешением позволила ученым впервые получить данные об их механических свойствах. Оказалось, что молекулы гиалуроновой кислоты обладают в 1000 раз большим модулем Юнга (то есть они менее гибкие), чем коллаген и в 10 раз большим, чем паутинные или амилоидные фибриллы. Подобное открытие еще на один шаг приблизило научное сообщество к созданию материалов, максимально похожих на человеческие ткани.
Ученые Университета «Сириус» уже разрабатывают биомиметические материалы, которые позволят восстанавливать поврежденные ткани организма человека после травм или заболеваний. Гиалуроновая кислота рассматривается в данном контексте, как один из важных компонентов искусственной кожи, так как улучшит ее биосовместимость и существенно повысит регенерацию поврежденных тканей.
Кроме ученых Университета «Сириус» и МФТИ в исследовании принимали участие их коллеги из МГУ, Федерального научно-клинического центра физико-химической медицины ФМБА, Института молекулярной биологии им. Энгельгардта РАН, Института проблем химической физики РАН и Института материаловедения Мюлуза (Франция).
ОЦ СИРИУС