Ingeniører laver den grundlæggende byggesten til elektrospundne nanofibre

Elektrospinning bruger elektriske felter til at manipulere fibre i nanoskala og mikroskala. Teknikken er veludviklet, men tidskrævende og dyr. Et team fra Michigan Technological University fandt på en ny måde at skabe tilpassede nanofibre til dyrkning af cellekulturer på, som sparer tid på at fjerne giftige opløsningsmidler og kemikalier. Deres arbejde er udgivet i Materialia .

Smitha Rao, assisterende professor i biomedicinsk teknik ved Michigan Tech, ledet forskningen. Hun sagde, at tilgangen er innovativ, "Vi kommer til det her helt sidelæns, " og holdet fokuserede på at strømline produktionen af ​​elektrospundet nanofiber. Nanofibre bruges som stilladser, består af tråde og lommer, der kan vokse celler.

"Vi ønsker en samlet, højt justeret stillads med ideelle strukturer og mønstre, som celler vil kunne lide, " sagde Rao. "Tag en celle, sæt det på porøse materialer versus elastiske materialer versus hårde materialer, og det viser sig, at cellen gør forskellige ting. Normalt bruger du forskellige materialer for at få disse forskellige egenskaber. Celler reagerer forskelligt, når du placerer dem på forskellige overflader, så kan vi lave stilladser, der giver disse forskellige betingelser, samtidig med at materialerne bevares?"

I en nøddeskal, Ja. Og det er overraskende enkelt at lave tilpassede stilladser, især sammenlignet med de besværlige støbe- og additivprocesser, der typisk bruges til at fremstille stilladser, der er egnede til elektrospinning. Plus, Raos team opdagede en behagelig bivirkning.

"Vi tager polymererne, så sætter vi dem i løsninger, og vi fandt på denne magiske formel, der virker – og så måtte vi elektrospinde den, " Rao forklarede, tilføjer, at holdet bemærkede noget mærkeligt under processen.

"Vi så, at cellerne var på linje, uden at vi påførte noget eksternt. Typisk, for at få dem til at justere, skal du placere dem i et elektrisk felt, eller anbring dem i et kammer og ryst stilladset for at tvinge dem til at justere i en bestemt retning ved at påføre ydre belastninger, " sagde hun. "Vi tager dybest set stykker af dette stillads, smide det i en kulturplade og tabe celler på det."

Når de bliver spundet i et elektrisk felt - forestil dig en bomuldsmaskine - følger de selvjusterende celler mønsteret af streng-og-lomme af de underliggende nanofibre. Raos hold, herunder hovedforfatter og ph.d. studerende Samerender Nagam Hanumantharao og masterstuderende Carolynn Que, fandt ud af, at varierende elektriske feltstyrker resulterer i forskellige lommestørrelser. Ved 18 kilovolt, magien sker, og fibrene flugter lige så. Ved 19 kilovolt, der dannes små lommer, ideel til hjertemyoblaster. Ved 20 kilovolt, honningkager af lommer udvider sig i fibrene. Knogleceller foretrækker lommerne dannet ved 21 kilovolt; hudceller er ikke kræsne, men især gerne de rummelige rum, der vokser med 22 kilovolt.

Raos team testede en række forskellige polymerblandinger og fandt ud af, at nogle af de mest almindelige materialer forbliver gennemprøvede og sande. Deres magiske to-polymer blanding lader dem manipulere nanofiber lommestørrelsen; en blanding af tre polymerer gjorde det muligt at justere de mekaniske egenskaber. Polymererne inkluderer polycaprolacton (PCL), biologisk nedbrydelig og nem at forme, og ledende polyanilin (PANI), som sammen lavede en to-polymer blanding, som kunne kombineres med polyvinylidendifluorid (PVDF).

"Fordi polyanilin er ledende i naturen, folk kan smide det ind i fibermatrixen for at få ledende stilladser til celler såsom neuroner, " sagde Rao. "Men, ingen har brugt disse materialer til at manipulere procesbetingelserne."

At være i stand til at bruge de samme materialer til at skabe forskellige nanofiberkarakteristika betyder at eliminere kemiske og fysiske variabler, der kan rode med eksperimentelle resultater. Rao håber, at efterhånden som flere forskere bruger hendes teams blandinger og proces, vil det fremskynde forskningen for bedre at forstå neurale mekanismer, fremskynde sårhelingsteknologi, teste cellelinjer og booste hurtig prototyping i biomedicinsk teknik.

"Vi forsøger at forenkle processen for at besvare et meget komplekst spørgsmål:hvordan formerer og vokser celler?" sagde Rao. "Dette er vores grundlæggende byggeklods; dette er to-til-to Lego. Og du kan bygge, hvad du vil derfra."