Opvækst:Forskere skaber ny geldannende teknik, der efterligner den måde, levende væv vokser på

Mens vi ved, hvad et træblad, et blomsterblad, og et menneskehjerte ligner, vi forstår ikke altid det dybere spørgsmål om, hvordan de vokser, som de gør – en proces kendt som morfogenese. Forskere ved Carnegie Mellon University og Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) har udviklet en ny teknik til fremstilling af syntetiske geler, der kan give os et fingerpeg.

I naturen, organvævsmorfogenese sker gennem vækst af forskellige dele med forskellige hastigheder, ofte styret af koncentrationen af ​​vækstfaktorer. Et forskerhold hos Carnegie Mellon, herunder K. Jimmy Hsia, Changjin Huang, David Quinn, og Subra Suresh (tidligere præsident for Carnegie Mellon og udpeget præsident for NTU), bruge oxygen-hæmmet polymerisation til at dyrke komplekse 3-D strukturer af polyacrylamid (PA) geler, efterligner naturlige processer. De har fundet en måde at kontrollere koncentrationen af ​​ilt i vækstmiljøet og, med mekaniske begrænsninger, gøre det muligt for gelerne selv at samle sig til komplekse former i en proces, der kan hjælpe med at forklare, hvordan vores egne organer og væv tager form. Holdets resultater blev for nylig offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Den nye teknik adskiller sig fra tidligere ingeniørmetoder, som skaber 3-D strukturer ved at tilføje eller trække lag af materialer fra. Denne teknik er afhængig af kontinuerlig polymerisering af monomerer inde i den porøse hydrogel, svarende til processen med forstørrelse og spredning af levende celler i organisk væv.

"Teknikken giver et potentielt kraftfuldt værktøj for forskere til at studere vækstfænomener i levende systemer, " sagde Hsia, professor i maskinteknik og biomedicinsk teknik, og også Vice Provost for International Programs and Strategy hos Carnegie Mellon.

Hsias team er det første til at bruge denne proces til at kontrollere gelens vækst og skabe komplekse former gennem molekylær selvsamling i PA-geler.

"Med evnen til at kontrollere væksten og selvsamlingen af ​​hydrogeler til komplekse strukturer, " sagde Suresh, "Forskere kan en dag være i stand til at generere syntetiske organer og væv til at erstatte sygt og beskadiget biologisk væv."

Forskere kan bruge denne proces til at danne forskellige hydrogel 3-D former og arkitekturer til vævsteknologi, blød robotik, og fleksibel elektronik.

Projektet blev finansieret af et tilskud fra National Institute of Health og Carnegie Mellon University. Carnegie Mellon og NTU har indgivet patent på denne metode.