Kemikere udvikler hydrogelstrenge ved hjælp af forbindelse fundet i havdyr

Rice University kemikere kan takke muslingen for at sætte musklen ind i deres nye makroskala stilladsfibre.

Kemikeren Jeffrey Hartgerinks rislaboratorium havde allerede fundet ud af, hvordan man laver biokompatible nanofibre af syntetiske peptider. I nyt arbejde, laboratoriet bruger en aminosyre, der findes i muslingers klæbrige fødder, for at få disse fibre til at opstille sig i stærke hydrogelstrenge.

Hartgerink og Rice kandidatstuderende I-Che Li introducerede deres stuetemperaturmetode i denne måned i et papir med åben adgang i Journal of the American Chemical Society .

Hydrogel-strengene kan tages op og flyttes med en pincet, og Li sagde, at han forventer, at de vil hjælpe laboratorier med at få bedre kontrol over væksten af ​​cellekulturer.

"Normalt når celler vokser på en overflade, de spredes tilfældigt, " sagde han. "Der er en masse biomaterialer, vi ønsker at dyrke i en bestemt retning. Med hydrogel stilladset justeret, vi kan forvente, at celler vokser, som vi ønsker dem. Et eksempel ville være neuronceller, som vi ønsker at dyrke fra hoved til hale for at hjælpe med nerveregenerering.

"I bund og grund, dette kunne give os mulighed for at dirigere cellevækst herfra til der, " sagde han. "Det er derfor, dette materiale er så spændende."

I tidligere forskning havde Hartgerinks laboratorium udviklet syntetiske hydrogeler, der kunne sprøjtes ind i kroppen for at tjene som stilladser for vævsvækst. Hydrogelerne indeholdt hydrofobe peptider, der selv samlede sig til fibre omkring 6 nanometer brede og op til flere mikrometer lange. Imidlertid, fordi fibrene ikke interagerer med hinanden, de optrådte generelt i mikroskopbilleder som en sammenfiltret masse.

Eksperimenter viste, at fibrene kunne lokkes ind på linje med påføringen af ​​forskydningskræfter, på samme måde som spillekort er justeret under shuffling ved at skubbe på både toppen og bunden af ​​bunken.

Hartgerink og Li besluttede at prøve at skubbe fibrene gennem en nål for at tvinge dem på linje, en proces, der ville være lettere, hvis materialet var vandopløseligt. Så de tilføjede en kæde af aminosyrer kendt som DOPA til siderne af fibrene for at tillade dem at forblive vandopløselige i sprøjten, sagde Li.

DOPA – forkortelse for 3, 4-dihydroxyphenylalanin - er forbindelsen, der lader muslinger holde sig til næsten alt. Hartgerink og Li fandt ud af, at kombinationen af ​​DOPA og forskydningsspænding fra at passere gennem nålen fik fibrene til at danne sig synlige, reb-lignende bundter.

De fandt også, at DOPA fremmede kemiske tværbindingsreaktioner, der hjalp bundterne med at holde deres form. "DOPA er virkelig følsom over for oxidationsmidler, " sagde Li. "Selv at udsætte DOPA for luft oxiderer det, og det hjælper med at tværbinde fibrene."

Som en bonus, de justerede fibre viste sig også at have en mærkelig og nyttig optisk egenskab kaldet "ensartet dobbeltbrydning, " eller dobbelt-refraktion. Li sagde, at dette kunne give forskere mulighed for at bruge polariseret lys til at se præcis, hvor de justerede fibre er, selvom de er dækket af celler.

"Dette vil være en vigtig teknik for os til at sikre os den langsigtede rækkefølge af fiberjustering, når vi tester rettet cellevækst, " han sagde.

Forskerne forventer, at de justerede fibre kan bruges til medicinske applikationer i makroskala, men med kontrol over strukturerne i nanoskala.

"Selvsamling er dybest set et molekyles evne til at lave ordnet struktur fra kaos, og hvad I-Che har gjort er at skubbe denne organisation til et nyt niveau med sine afstemte strenge, sagde Hartgerink, en professor i kemi og i bioteknik. "Med dette materiale, vi er spændte på at se, om vi kan påtvinge denne organisation væksten af ​​celler, der interagerer med den."