Гриб почвы образует долговечные гидрогели с потенциалом биомедицинских материалов

Грибы жизненно важны для естественных экосистем, разбивая мертвый органический материал и оездка на велосипеде обратно в окружающую среду как питательные вещества. Но новое исследование Университета Юты обнаруживает, что один вид, Marquandomyces Marquandii, вездесущая почвенная плесень, демонстрирует обещание в качестве потенциального строительного блока для новых биомедицинских материалов.

В последние годы ученые изучали грибковой мицелий, сеть корневых нитей-или гиф-которые проникают в почвы, древесину и другие питательные подложки, в поисках материалов со структурными свойствами, которые могут быть полезны для человеческих целей, особенно строительства.

В серии лабораторных демонстраций исследователи из машиностроения U показывают, что M. marquandii может превратиться в гидрогели, материалы, которые содержат много воды и имитируют мягкость и гибкость тканей человека, Согласно недавнему исследованию Опубликовано в ДавайтеПолем

В отличие от других грибов, которые борются с задержка воды и долговечность, M. marquandii производит толстые многослойные гидрогели, которые могут поглощать до 83% воды и отскочить назад после растяжения или стресса, согласно Atul Agrawal, ведущему автору исследования. Эти свойства делают его хорошим кандидатом для биомедицинских целей, таких как регенерация тканей, каркасы для растущих клеток или даже гибкие, носимые устройства.

«То, что вы видите здесь, – это гидрогель с многослойными», – сказал Агравал, держа стеклянную колбу с грибковой колонией, растущей в желтоватой жидкой среде. «Это видно невооруженным глазу, и эти множественные слои имеют различную пористость. Таким образом, верхний слой имеет около 40% пористости, а затем есть чередующиеся полосы 90% пористости и 70% пористости».

Ищет природу для инновационных материалов

Агравал – доктор философии. Кандидат в Инженерный колледж Джона и Марсия Прайс. Его статья является последней, появившейся из лаборатории старшего автора Стивена Налеэй, доцента кафедры машиностроения, который исследует биологические вещества для разработки материалов, посвященных биоиндукторам со структурными и Медицинские заявкиПолем

Agrawal и Naleway ищут патентная защита за их открытия о грибе Marquandomyces.

https://www.youtube.com/watch?v=pzs52qyslcc

«Этот, в частности, смог вырастить эти большие, мускулистые мицелиальные слои, которые нас интересуют. Мицелий изготавливается в основном из хитина, что похоже на то, что в ракушечниках и экзоскелетах насекомых. Это биосовместимо, но также и эта очень густая ткань», – сказал Налеэй. «Теоретически, вы можете использовать его в качестве шаблона для биомедицинских приложений, или вы можете попытаться минерализовать его и создать костяные каркасы».

Грибы составляют свое собственное королевство организмов, с приблизительно от 2,2 до 3,8 миллионов видов, и только 4% характеризовались учеными. В течение десятилетий ученые происходили из грибов многочисленных фармакологических веществ, от пенициллина до LSD. Naleway является одной из когортов инженеров, которые теперь ищут грибковые микроструктуры для потенциального использования на других аренах.

Почему грибковые мицелия обладают интересными механическими свойствами

В сотрудничестве с U -микологом Брином Данттерингером, Лаборатория Naleway произвела ряд бумаг, документирующих потенциально полезные структурные свойства различных видов грибов. Один из них описал, как Грибы, которые выращивают короткие гифы, более жесткие чем те, которые растут дольше гифы. Другой каталогизировал различные способы Кроншливые грибки высокие отношения к весу к весу Сделайте их жизнеспособной альтернативой в различных приложениях, включая аэрокосмическое и сельское хозяйство.

То, как растут грибковые гифы, является причиной, по которой мицелия может обладать полезными структурными свойствами.

«Когда они растут вперед, они укладывают эти поперечные стены, которые затем разделяют действительно длинную нити во многих, многих отдельные клетки– сказал Дантнджер, доцент биологии и куратор в Музее естественной истории Юты. – Они будут расти навсегда, пока вокруг питания достаточно. Там нет стадии развития, где они остановится. Это принципиально другая стратегия жизни в окружающей среде, чем животные ».

Грибы эволюционировали многоклеточность таким образом, которые сильно отличаются от того, что мы видим у животных и растений, в которых клетки дифференцируются и обычно остаются в дифференцированных состояниях.

«В грибах каждая ячейка способна дифференцировать, а затем возвращаться к первоначальному состоянию. Они просто намного более податливы и адаптируют», – сказал Дантнджер. «Так что есть много, что мы могли бы использовать из этого поведения, которое действительно не было исследовано полностью».

Случайные несчастные случаи могут подпитывать обнаружение

Как и многие открытия, связанные с грибами, эксперименты гидрогеля возникли в результате счастливой аварии. Первоначально группа проводила исследования того, что, по их мнению, было организмом, питающимся углеводородом, обычно называемым «керосиновым грибом», известным для загрязнения авиационного топлива.

Но по мере роста их культуры ученые заметили, что они ведут себя неожиданно, растут в странных слоях. Dentinger правильно идентифицировал загадочный гриб как Marquandomyces.

«Это подчеркивает состояние микологии, потому что мы имеем ручку только на такой небольшой доли грибов», – сказал Дантнджер. «В коллекциях культур и даже в коллекциях гербарии много неверно идентификации. Неверная идентификация чего -то является лишь частью игры. И именно поэтому я связан с этой работой со Стивеном».

В ходе исследования команда обнаружила, что эти мицелиальные культуры показали необычайно высокую степень гидрофилии, сохранив 83% воды, не теряя своей формы.

«Что было интересно в нашем исследовании, так это то, что сам гриб создал полномасштабную структуру, которая была очень организована»,-сказал Агравал. Marquandomyces превзошел материалы, сделанные из более часто изучаемых грибыТакие, как ганодерма и плеврот, виды, которые демонстрируют ограничения при удержании воды, ограничивая их применение в биомедицинских системах на основе гидрогелей.

В лабораторных экспериментах команда Агравала обнаружила, что материал может восстановить 93% своей формы и силы после повторного напряжения.

«Чтобы он мог сдерживать эту структуру вместе, вся эта колония мицелий соединена вместе, и то, что мы видели с помощью оптической визуализации, заключается в том, что внутри этих слоев на месте перехода это функционально оцениваемая структура», – сказал Агравал. «Это помогает распределять концентрацию напряжения между слоями. Поэтому, когда мы применяем механическое напряжение, он распределяет это напряжение равномерно и помогает с механическими характеристиками этих гидрогелей».