Ученые давно бьются над созданием синтетического материала, который смог бы заменить человеческие ткани. Эти исследования очень важны для развития такого направления современной медицины, как трансплантология. Однако создать материал, который одновременно был бы очень мягким и прочным, как его прототип, до недавнего времени не удавалось.

Группа южнокорейских и австралийских ученых, которых возглавляли Джеффри Спинкс и Сен Ен Ким, сделала первый шаг в этом очень важном деле. Ученые сумели разработать новый биологический пористый материал, по механическим свойствам очень похожий на мягкие биологические ткани. Он состоит из крепких прядей молекул ДНК и углеродных нанотрубок.

Прочность мягких тканей, сухожилий, мышц, артерий и кожи, а также других органов организма человека обеспечивается за счет внеклеточного матрикса, который представляет собой густую сеть нановолокон, сформированных на основе белков. При этом разные белки являются основой для тканей разной прочности и жесткости. Из-за того, что многие биологические ткани регулярно подвергаются воздействию значительных механических нагрузок, важно, чтобы эластичность имплантата была близка к эластичности ткани. С другой стороны, материал одновременно должен быть очень прочным. В противном случае он просто может не выдержать высоких нагрузок и разорваться.

В новой концепции искусственных тканей, созданных южнокорейскими и австралийскими учеными, в виде матрикса используются нити из молекул ДНК. Они полностью обволакивают нанотрубки, образующие каркас, и создают вязкую массу. Все это происходит в присутствии ионизирующей жидкости, которая превращает материал в гелеподобное вещество. С этим веществом можно делать все. Из геля можно делать очень тонкие нити, поместив их в специальный раствор, а потом, например, «соткать» из этих нитей материал, который по своим характеристикам будет очень похож на человеческие ткани.

В сухом состоянии образовавшиеся волокна имеют высокопористое, похожее на губку строение и состоят из густой сети переплетенных между собой нановолокон шириной 50 нанометров. Если их вымочить в растворе хлорида кальция, то пряди ДНК переплетутся еще больше, а связи между ними укрепятся. Такие пористые волокна похожи на коллагеновую сеть биологического внеклеточного матрикса. Их можно связывать и переплетать в самые разнообразные структуры. Новый материал обладает такой же эластичностью, как самые мягкие природные ткани, и одновременно очень высокой прочностью. Ее обеспечивают крепкие связи между молекулами ДНК.

Дополнительное преимущество нового синтетического материала, созданного учеными, заключается в электрической проводимости. Волокна можно использовать в электродах в механических преобразователях энергии (например, для питания кардиостимуляторов), накопителях энергии и создании сенсоров, которые можно будет использовать для изучения организма человека.