Природа преподнесла сюрприз: грибной гидрогель может стать заменой имплантатам

Мир грибов снова удивил учёных. Если раньше они ассоциировались в основном с лесной подстилкой и переработкой органики, то теперь исследователи рассматривают их как источник вдохновения для создания живых материалов, способных восстанавливать человеческие ткани. В свежем номере The Journal of The Minerals, Metals & Materials Society опубликовано исследование, которое открывает новую страницу в биоматериаловедении: гриб Marquandomyces marquandii способен формировать гидрогель, близкий по свойствам к живым тканям.

Гриб, который живёт как материал

Чтобы гидрогель можно было использовать в медицине, он должен иметь сложную многослойную структуру — наподобие кожи, мышц или хрящей. Учёные из Университета Юты обнаружили, что M. marquandii не просто соответствует этим критериям, а буквально живёт своей собственной биологической жизнью.

Ранее этот вид был известен как Paecilomyces marquandii, пока в 2020 году не получил собственное "имя и фамилию" — его выделили в самостоятельный род. И, как оказалось, не зря: именно он показал редкую способность формировать устойчивые слоистые гидрогели, которые могут применяться в медицине будущего.

"Гидрогели рассматриваются как перспективная альтернатива для применения в регенерации и инженерии тканей", — сказал ведущий автор исследования Атул Агравал из Университета Юты.

Что такое биоинтегрированные гидрогели

Под биоинтегрированными гидрогелями понимают материалы, полученные из живых организмов, которые создают сшитые сетевые структуры, напоминающие человеческие ткани. Они могут служить матрицами для роста клеток, средой для биореакторов или даже компонентами носимых медицинских устройств.

Фактически, это "умные" материалы, способные не только имитировать свойства живых тканей, но и взаимодействовать с ними. В отличие от полностью синтетических аналогов, они имеют естественную микроструктуру и лучше принимаются организмом.

Мицелий как строительный материал

Большинство грибов, которые мы видим, — это лишь репродуктивные органы. Настоящее тело гриба скрыто под поверхностью и представляет собой сеть тончайших нитей — мицелий. Именно он стал предметом интереса материаловедов: эти волокна обладают естественной слоистостью, гибкостью и способностью восстанавливаться при благоприятных условиях.

"По мере роста они формируют поперечные перегородки, которые затем разделяют длинную нить на множество клеток", — пояснил миколог Брин Дентингер из Музея естественной истории штата Юта.

Мицелий может расти бесконечно, если ему хватает питательных веществ, а его слоистая природа делает его идеальным кандидатом для создания мягких, но прочных материалов.

Вода и гибкость: ключ к успеху

При выращивании в лаборатории M. marquandii образует гидрогель, удерживающий до 83% воды - показатель, близкий к влажности человеческих тканей. Это свойство особенно важно для биомедицинских применений, где материал должен сохранять форму, не пересыхая.

"То, что вы видите здесь, — это гидрогель с несколькими слоями", — отметил Атул Агравал. — "Верхний слой имеет пористость около 40%, а затем идут полосы с пористостью 90% и 70%."

Учёные предполагают, что такие различия формируются естественным образом в процессе роста — в зависимости от доступа кислорода и света. Это значит, что можно управлять микроструктурой, изменяя условия ферментации.

Как выращивают грибные гидрогели

Процесс напоминает создание биоткани в лаборатории:

1. Выращивание культуры в жидкой питательной среде при контролируемой температуре.

2. Формирование слоёв мицелия, которые естественно распределяются по плотности.

3. Сушка и стабилизация полученного гидрогеля.

4. Тестирование пористости и механических свойств.

5. Функционализация - добавление биосовместимых веществ для конкретных медицинских задач.

Таким образом, материал создаётся без синтетических полимеров и токсичных катализаторов.

Ошибка → Последствие → Альтернатива

• Ошибка: использование неподходящего штамма грибов.
  Последствие: материал оказывается хрупким или теряет влагу.
  Альтернатива: применение M. marquandii, устойчивого к высыханию.

• Ошибка: пренебрежение контролем температуры при ферментации.
  Последствие: деформация структуры гидрогеля.
  Альтернатива: поддержание стабильных условий (около 28°C).

• Ошибка: использование синтетических добавок.
  Последствие: ухудшение биосовместимости.
  Альтернатива: полностью биологический подход на основе мицелия и хитина.

Потенциал для медицины

"Мицелий состоит в основном из хитина, который похож на тот, что содержится в ракушках и экзоскелетах насекомых", — рассказал инженер-материаловед Стивен Нейлвей.

Хитин — это природный полисахарид, обладающий высокой прочностью и совместимостью с живыми тканями. Именно поэтому грибные гидрогели рассматриваются как возможная основа для кожных трансплантатов, костных каркасов и даже имплантов.

Учёные уже работают над идеей минерализации мицелия, чтобы превратить его в прочный, но "живой" каркас для выращивания костной ткани. Это может стать альтернативой синтетическим имплантам, вызывающим воспалительные реакции.

А что если "грибная кожа" станет реальностью?

Пока до этого ещё далеко: нужно убедиться, что M. marquandii не вызывает нежелательных реакций. Исследования показывают, что хитин может в редких случаях провоцировать аллергию, поэтому учёные тщательно проверяют его совместимость с клетками человека.

Тем не менее, если эксперименты пройдут успешно, в будущем мы можем увидеть медицинские повязки и импланты, созданные из безопасного грибного материала.

Плюсы и минусы грибных гидрогелей

FAQ

Что такое M. marquandii?
Это вид почвенной плесени, обладающий способностью образовывать многослойные гидрогели.

Можно ли использовать такие материалы в хирургии?
Пока нет — исследования находятся на ранней стадии, но направление считается многообещающим.

Почему грибы лучше синтетических материалов?
Их структура ближе к живым тканям, а химический состав — безопасен для организма.

Сколько воды удерживает грибной гидрогель?
До 83% от своей массы, что делает его отличным кандидатом для регенерации мягких тканей.

Мифы и правда

• Миф: грибы нельзя использовать в медицине.
  Правда: мицелий давно применяется в биотехнологиях, например, при создании антибиотиков и ферментов.

• Миф: грибные материалы недолговечны.
  Правда: при правильных условиях они сохраняют структуру месяцами.

• Миф: это опасно для человека.
  Правда: M. marquandii не патогенен, а хитин биосовместим.

3 интересных факта

1. M. marquandii способен формировать разные слои пористости без вмешательства человека.

2. Гидрогели из грибов можно использовать не только в медицине, но и в робототехнике — как гибкие сенсорные материалы.

3. Биогидрогели активно тестируются как альтернатива пластикам в упаковке и текстиле.

Исторический контекст

Попытки использовать грибы в инженерии тканей начались ещё в 2010-х годах, когда дизайнеры и биологи создавали "грибную кожу" для одежды. С тех пор технологии продвинулись далеко: теперь тот же мицелий рассматривают как основную платформу для создания живых биоматериалов. Исследование из Университета Юты — одно из первых, где гриб использован не как замена коже, а как источник новой формы живого гидрогеля, который может стать частью человеческого тела.