Forskere får forskningshydrogel til at vokse mere som biologiske væv

Forskere fra Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) og Carnegie Mellon University (CMU) har fundet en måde at styre væksten af ​​hydrogel, et geléagtigt stof, at efterligne plante- eller dyrevævsstruktur og former.

Holdets resultater, udgivet i Procedurer fra National Academy of Sciences i dag, foreslå nye applikationer inden for områder som vævsteknik og blød robotik, hvor hydrogel almindeligvis bruges. Teamet har også indgivet patent på CMU og NTU.

I naturen, plante- eller dyrevæv dannes, når ny biomasse tilføjes til eksisterende strukturer. Deres form er resultatet af forskellige dele af disse væv, der vokser med forskellige hastigheder.

Efterligner denne adfærd af biologiske væv i naturen, forskergruppen bestående af CMU -forskere Changjin Huang, David Quinn, K. Jimmy Hsia og den udpegede NTU-præsident prof Subra Suresh, viste, at ved manipulation af iltkoncentrationen, man kan mønstre og kontrollere væksthastigheden af ​​hydrogeler for at skabe de ønskede komplekse 3-D-former.

Teamet fandt ud af, at højere iltkoncentrationer bremser tværbindingen af ​​kemikalier i hydrogel, hæmmer væksten på det specifikke område.

Mekaniske begrænsninger såsom blød tråd, eller glassubstrat, der kemisk binder til gelen, kan også bruges til at manipulere selvsamlingen og dannelsen af ​​hydrogeler til komplekse strukturer.

Sådanne komplekse organstrukturer er essentielle for at udføre specialiserede kropsfunktioner. For eksempel, menneskers tyndtarme er dækket af mikroskopiske folder kendt som villi, som øger tarmens overfladeareal for mere effektiv optagelse af næringsstoffer fra fødevarer.

Den nye teknik adskiller sig fra tidligere metoder, der skaber 3D-strukturer ved at tilføje/udskrive eller trække lag af materialer fra. Denne teknik, imidlertid, 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. De fleste levende systemer vedtager en kontinuerlig vækstmodel, så den nye teknik, der efterligner denne tilgang, vil potentielt være et stærkt værktøj for forskere til at studere vækstfænomener i levende systemer.

"Større kontrol over væksten og selvsamlingen af ​​hydrogeler til komplekse strukturer giver en række muligheder inden for medicinske og robotteknologiske områder. Et område, der er til gavn, er vævsteknologi, hvor målet er at erstatte beskadiget biologisk væv, såsom ved knæreparationer eller ved at skabe kunstige lever, " sagde professor Subra Suresh, der tiltræder som NTU-præsident den 1. januar 2018.

Vækstkontrollerede og strukturkontrollerede hydrogeler er også nyttige i studiet og udviklingen af ​​fleksibel elektronik og blød robotik, giver øget fleksibilitet sammenlignet med konventionelle robotter, og efterligne, hvordan levende organismer bevæger sig og reagerer på deres omgivelser.