Ученые Красноярского научного центра СО РАН и Сибирского федерального университета вместе с коллегами из России, Нидерландов и США выяснили, что клетки лучше прикрепляются и растут на шероховатой поверхности биопластика, чем на гладкой. Результаты исследования опубликованы в журнале Langmuir.
Специалисты изучали пленки из полигидроксиалканоатов. Это биоразлагаемые полимеры, которые синтезируют бактерии. Материал совместим с живыми тканями и может применяться при создании имплантатов, шовных материалов и каркасов для выращивания тканей. Для эксперимента ученые изготовили пленки из растворов разной концентрации. Чем концентрированнее был раствор, тем толще и рельефнее получалась поверхность. Затем на нее поместили клетки-предшественники мышечной ткани.
Исследование показало, что клетки лучше закреплялись на более толстых пленках с неровностями и углублениями. На гладкой поверхности им было сложнее прикрепляться, из-за чего снижались темпы роста. Для анализа ученые также разработали алгоритм с использованием нейросети. Он автоматически обрабатывает изображения клеток, оценивает их форму и размеры, а затем сопоставляет эти данные с характеристиками поверхности материала.
«Для этого исследования наша научная группа из Научно-образовательного центра инфохимии ИТМО разработала подход, который позволяет автоматически оценивать, как клетки взаимодействуют с поверхностью полимерных пленок. Изображения клеток на снимках, полученных с флуоресцентного микроскопа, сегментируются с помощью сверточной нейронной сети (CNN), после чего качество сегментации проверяется. Из полученных данных затем выделяются основные характеристики клеток — их форма, размер и другие морфометрические признаки, которые мы сопоставляем с характеристиками поверхности, полученными из изображений, сделанных с помощью атомно-силовой и сканирующей электронной микроскопии (АСМ и СЭМ). Так мы выявляем характеристики поверхности, сильнее всего связанные с биосовместимостью образцов», — отметил доцент НОЦ инфохимии, руководитель научной группы биомедицинских вычислений Университета ИТМО Павел Зун.
По словам заведующей лабораторией Института биофизики СО РАН и кафедрой биотехнологии СФУ Татьяны Воловой, результаты можно использовать при создании материалов для восстановления мышц, костей, хрящей и сосудов. Такие имплантаты должны быстрее обрастать клетками пациента и формировать новые ткани.