Исследователи из США достигли успехов в создании синтетического коллагена, по свойствам наиболее близкому к природному аналогу. Специалисты по созданию искусственных тканей, получающие их в лабораторных условиях в качестве «запасных частей» для организма испытывают необходимость в коллагене или замещающих его материалах в качестве «лесов» для выращивания клеток.

В настоящее время для восстановления биологических тканей используют коллаген, выделяемый из организма животных, чаще всего коров, однако использование животного коллагена повышает риск заражения биологического материала бактериями или вирусами, а также может приводить к возникновению нежелательного иммунного отклика при трансплантации искусственной ткани. Синтетические заменители коллагена, одним из которых является полимолочная кислота, не обладают всеми свойствами, характерными для природного коллагена.

Исследователи из группы Джеффри Харгетринка (Jeffrey Hartgerink) из Университета Райса (Техас) смогли модифицировать цепи, состоящие из остатков аминокислот, таким образом, что они получили возможность самоорганизовываться в наноразмерные фибриллы, которые, в свою очередь, суперспирализуются в большие по размеру волокна, которые, улавливая воду, образуют гидрогель – такая схема самоорганизации характерна и для природного коллагена.

Полученный исследователями из Техаса синтетический коллаген самоорганизуется по образу и подобию природного. (Рисунок из Nat. Chem., 2011, DOI: 10.1038/nchem.1123)

Уникальная особенность коллагена заключается в том, что он представляет собой фибрилльный полимер, субъединица которого состоит из 1000 аминокислотных остатков. Три цепи-субъединицы коллагена сплетаются, образуя тройную спираль, тройные спирали самоорганизуются, образуя волокна биоматериала.

Исследователи из группы Харгетринка решили воспроизвести иерархическую самоорганизацию природного материала. Для этого они получили цепи аминокислот, способные к самопроизвольному образованию тройных спиралей и, самое главное, обладающих концевыми группами, способными к электростатическому взаимодействию. Дизайн строения синтетических пептидов привел к тому, что отдельные нити-пептиды сплетались в тройные спирали, концы которых были способны к аттрактивному электростатическому взаимодействию, благодаря чему далее происходило образование более протяженных структур.

Затем удлиненные фибриллы сплетаются друг с другом (механизм такой самоорганизации пока еще не ясен) с образованием узелков, способных образовывать гидрогели, связывая воду. При контакте с ферментом-коллагеназой синтетический белок разлагается со скоростью, примерно такой же, с которой в этих условиях происходит расщепление природного коллагена. Это свойство также весьма важно для основы, потенциально используемой для выращивания трансплантационной ткани.

Шейла МакНил (Sheila MacNeil), специалист по получению искусственных тканей из Университета Шеффилда отмечает, что по крайней мере десятилетие попыток изучения химии коллагена и синтеза искусственного коллагена привело к определенному прогрессу в этой области, однако остаются открытыми вопросы, связанные с механизмом образования коллагеновых фибрилл и коллагеновых волокон.