Zatímco silikonová guma při – 55 stupních Celsia ztvrdne a nad 300 stupňů se degraduje, materiál z nanotrubek připravený japonskými vědci z National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) si viskosněelastické vlastnosti gumy uchová v rozmezí od -196° do 1000 °C.

S tím, co ještě nedávno bylo výsadou neprůstřelných vest a karbonových skeletů závodních monopostů, se doslova roztrhl pytel. Oblast praktických upotřebitelností uhlíkových trubiček se rozšiřuje spolu s tím, jak se je daří vylepšovat v jedno, dvou a více vrstevnaté. Materiál z takové směsi například získá viskozitu medu a přitom si uchová pružnost  silikonové gumy. Zatímco ty nejlepší pryže, pokud teplota přesáhne hranice  -55 ° a +300 °C o své vlastnosti přijdou, u výrobků z uhlíkatých nanotrubek se spodní i vrchní posouvají více než třikrát. V optice je nejnovějším hitem karbonových trubiček schopnost absorbovat určitá spektra od infračerveného do viditelné oblasti. Brzo tak mají vylepšit například spektrofotometrii. Čile s trubičkami začali pokusničit i biologové a ani je nezklamaly. Multidisciplinární tým SISSA (Mezinárodní škola pro pokročilá studia), Univerzity v Terstu, Synchrotronu ELETTRA a odborníků z několika dalších italských a španělských institucí nyní zveřejnil výsledky své studie v časopisu Nanotechnology, Biology, and Medicine.

Jedním z cílů studie bylo zjistit, zda a jak moc se projeví kontakt s uhlíkem, který není k lipidům zcela inertním materiálem. Jak jeho přítomnost bude narušovat membrány rostoucích neuronů. Aby se daly případné změny zjistit, bylo třeba struktury rostoucích hipokampální neuronů zviditelnit. Tubulin je protilátkami s navázanou barvičkou červený, lipidy zelené a jádra neuronů modrá. (Kredit: Pampaloni, SISSA, 2017)

Partu pod vedením Itala Maurizio Prato napadlo zkoumat, jak neurony budou na kontakt trubiček reagovat. Dosud se totiž mělo za to, že gely z polymerů musí buňkám jít k duhu mnohem lépe, protože více připomínají přirozené tkáňové prostředí. Asi největší obavy, že cizí a nebiologický trubkovitý materiál bude v ráně akorát ku škodě, panovaly z vlastností uhlíkové nanovrstvy. Elektrony se v ní pohybují volně, což by rostoucí a obnovovanou neuronovou síť, která se bez domluvy elektrickými impulsy neobejde, mohlo degradovat.  A právě proto se výzkumníci řadou testů jali prověřovat, jak se neurony pěstované v kultuře budou na přítomnost uhlíkatých trubiček tvářit. Pokud by například pouhý kontakt jejich membrány s povrchem trubky vedl k nežádoucím jevům, což se s jinými materiály stává (ať už jde o zastavení, nebo naopak k překotnému nárůstu počtu synapsí), znamenalo by to konec s představami o jejich využití. Zatím to ale vypadá, že lešení z nanotrubek by buňkám bylo nejen oporou usnadňující prostorovu regeneraci, ale také podpůrný prostředek pomáhající jim  přenášet signály, kterými nervové buňky mezi sebou komunikují.

Profesor Maurizio Prato, myšlenkový vedoucí kolektivu nanotechnologické studie momentálně sedí na dvou židlích. Jednak jako profesor organické chemie vyučující na University of Trieste v Itálii a ještě přitom stíhá ve Španělsku výzkumnický vedlejšák v CIC BiomaGUNE v San Sebastiánu: „Pro obnovení ztracených synapsí, jimiž nervové buňky komunikují, je potřeba v poškozené oblasti stimulovat růst neuronů a vytvořit jakési neuronální „protézy“. Nanotrubky z uhlíku se k tomu jeví být vhodné“.

Důležité je, že se nepotvrdily obavy, že by nanotrubky interferovaly se složením neuronových membránových lipidů a narušovaly je do té míry, že by to rostoucím neuronům výrazně škodilo. Neuronům se na substrátu vyztuženém uhlíkovými vlákny daří a co je zajímavé, že na tomto podkladu rozvíjejí své interakce a dospívají rychleji. V publikaci to vědci formulují jako dosažení stavu biologické homeostázy. Tím mají na mysli to, že neurony rostou rychle, vytváří nové synapse, ale že to není růst neomezený a překotný, jak se v kulturách zvrhlých směrem k rakovině rádo stává. To si výzkumníci ověřili dlouhodobou kultivací, kdy i po týdnech růstu v umělé „tkáni“ jim neurony zůstaly ve fyziologické rovnováze. Nanotrubky se tak jeví nejen jako biologicky kompatibilní, ale také efektivně interagující, což by pro regenerační medicínu mělo být velkým dárkem.

Psáno pro ALFA MEDICAL a osel.cz

Jednu chybu studie ale má. Všechny pokusy probíhaly jen in vitro, tedy „na Petriho miskách“. Než článek v tištěném mediu vyjde, nějakou dobu to trvá, což byl případ i toho právě zveřejněného, o němž zde referujeme. Je logické, že výzkumníci, podpořeni úspěchem, nesložili ruce do klína a v mezičase přikročili k in vivo testům. Tedy již na živém organismu a ty také mají vyznívat velmi slibně. Problém se prý ale může vyskytnout jinde. Předběžní opatrníci již delší dobu  veřejnost děsí podezřelými studiemi o vysoké nebezpečnosti karbonových materiálů. Nezbývá než doufat, že barevným nátlakovým skupinám se nadějný obor nanotechnoogií nepodaří  nahnat do stejných konců, jako se jim to zdařilo v případě genetického inženýrství.

Kromě toho, že vědci zjistili, že uhlíkové nanotrubky už pouhou svojí přítomností (nejspíš nápomocí v přenosu náboje) stimulují neurony k tvorbě synapsí, si v závěru článku dovolili naťuknout i budoucí vizi. Podle nich nanotrubky mají ty nejlepší předpoklady, aby v budoucnu sehrály v nervových sítích také roli elektrod. Tím by stimulaci nervových buněk  dostaly na ještě vyšší úroveň. V trubkách spatřují prvek propojující elektroniku s biosystémy. Co k tomu dodat? Už aby to bylo, já bych nanotrubkami připojenou externí paměť potřeboval jako sůl.            

Literatura

Niccolò Paolo Pampaloni, et al.: Sculpting neurotransmission during synaptic development by 2D nanostructured interfaces, Nanotechnology, Biology, and Medicine, 2017 DOI: https://dx.doi.org/10.1016/j.nano.2017.01.020