Ny formhukommelsespolymer repræsenterer biomedicinsk gennembrud

Forskere fra College of Engineering and Computer Science har udviklet et materiale - en ny slags formhukommelsespolymer (SMP) - som kan have store konsekvenser for sundhedsplejen.

SMP'er er bløde, gummiagtig, "smarte" materialer, der kan ændre form som reaktion på eksterne stimuli som temperaturændringer eller eksponering for lys. De kan holde hver form på ubestemt tid og vende tilbage, når de udløses til at gøre det.

SMP'er har mange potentielle biomedicinske anvendelser. For eksempel, de er ideelle som kardiovaskulære stents, fordi de kan have én form til kirurgisk indsættelse og en anden, når de først er placeret i et blodkar. Varmen fra patientens krop er alt, der kræves for at udløse formændringen.

Sammen med samarbejdspartnere ved Bucknell University, Forskere fra Syracuse University har designet en SMP, der kan ændre sin form som reaktion på eksponering for enzymer og er kompatibel med levende celler. Det kræver ingen yderligere trigger, såsom en ændring i temperatur. I betragtning af disse egenskaber, det kan reagere på cellulær aktivitet som heling.

"Den enzymatiske følsomhed af materialet gør det muligt for det at reagere direkte på celleadfærd, " forklarer biomedicinsk ingeniør Ph.D.-kandidat Shelby L. Buffington. "F.eks. du kan placere den over et sår, og efterhånden som vævet ombyggede og nedbryde det, SMP ville langsomt trække såret lukket. Det kunne tilpasses til at spille en rolle i behandling af infektioner og kræft ved at justere materialets kemi."

Forskerholdet omfatter Buffington, Justine E. Paul '18, bioingeniør junior Mark M. Macios, Professor James H. Henderson og Bucknells Patrick T. Mather og Matthew M. Ali Ph.D. '18. Deres forskning, "Enzymatisk udløste formhukommelsespolymerer, " blev offentliggjort i Acta Biomaterialia i januar.

Holdet skabte materialet ved hjælp af en proces kaldet dual electrospinning, hvor en højspændingsstrøm påføres to nålespidser, der pumper to separate polymeropløsninger. Spændingen trækker polymerfibrene ud, og de blandes ind i en fiberpolymermåtte. Den korrekte kombination af fibre giver materialet dets formhukommelseskvaliteter.

Detaljeret i deres papir, holdene analyserede materialets egenskaber, formhukommelsesydelse og cytokompatibilitet. Deres eksperimenter viste med succes, at SMP's oprindelige form kunne genvindes gennem en vis grad af vending, eller nedbrydning, af formfikseringsfasen.

I dag, forskerholdet undersøger deres SMP i cancer- og makrofagcellekulturer. De håber, at med yderligere forskning, de vil afdække praktiske anvendelser af deres materiale ved hjælp af lavere koncentrationer af enzymer, produceret af mindre ekstrem cellulær aktivitet.

"Vi forventer, at de materialer, vi er ved at udvikle, kan have bred anvendelse i sundhedsvæsenet. F.eks. vores SMP'er kan bruges i lægemidler, der kun aktiveres, når målcellerne eller organet er i den ønskede fysiologiske tilstand, i stilladser, der styrer vævsregenerering som reaktion på det regenererende vævs adfærd, og i beslutningstagning biosensorer, der guider patientbehandling mere effektivt, " siger Henderson. "Vi er meget glade for at have opnået disse første enzymatisk responsive SMP'er."