4-D bioingeniørmaterialer bøjning, kurve som naturligt væv

Vævsteknik har længe været afhængig af geometrisk statiske stilladser tilsået med celler i laboratoriet for at skabe nyt væv og endda organer. Stilladsmaterialet - normalt en bionedbrydelig polymerstruktur - leveres med celler og celler, hvis de forsynes med de rigtige næringsstoffer, udvikler sig derefter til væv, efterhånden som det underliggende stillads nedbrydes biologisk. Men denne model ignorerer de ekstraordinært dynamiske morfologiske processer, der ligger til grund for den naturlige udvikling af væv.

Nu, forskere ved University of Illinois Chicago har udviklet nye 4-D hydrogeler - 3-D materialer, der har evnen til at ændre form over tid som reaktion på stimuli - som kan forvandles flere gange på en forudprogrammeret eller on-demand måde som svar på eksterne udløse signaler.

I en ny Avanceret Videnskab undersøgelse, UIC-forskerne, ledet af Eben Alsberg, vise, at disse nye materialer kan bruges til at hjælpe med at udvikle væv, der mere ligner deres naturlige modstykker, som er underlagt kræfter, der driver bevægelse under deres dannelse.

"Hydrogelerne kan programmeres eller induceres til at gennemgå flere kontrollerbare formændringer over tid. Denne strategi skaber eksperimentelle forhold til delvist at efterligne eller stimulere de kontinuerlige forskellige formændringer, som udviklende eller helende væv gennemgår, og det kan give os mulighed for at studere morfogenese og også hjælpe os med at konstruere vævsarkitekturer, der ligner mere naturligt væv, sagde Alsberg, Richard og Loan Hill professor i biomedicinsk teknik og tilsvarende forfatter på papiret.

Det nye materiale består af forskellige hydrogeler, der svulmer eller krymper med forskellige hastigheder og omfang som reaktion på vand eller koncentrationen af ​​calcium. Ved at skabe komplekse lagmønstre, forskerne kan guide konglomeratmaterialet til at bøje sig på den ene eller anden måde, når lagene svulmer og/eller krymper.

"Vi kan ændre formen på disse materialer ved at justere, for eksempel, mængden af ​​tilstedeværende calcium, sagde Alsberg, som også er professor i ortopædi, farmakologi og maskin- og industriteknik på UIC.

I deres eksperimenter, forskerne var i stand til at få hydrogelen til at danne sig til lommer, der ligner alveolernes form, de bittesmå sæklignende strukturer i lungen, hvor gasudveksling finder sted.

Ikke kun er Alsbergs hydrogeler i stand til at ændre deres arkitektur flere gange, men de er også meget cytokompatible, hvilket betyder, at de kan have inkorporerede celler, og cellerne forbliver i live - noget som mange eksisterende 4-D-materialer ikke er i stand til.

"Vi ser virkelig frem til at skubbe grænserne for, hvad vores unikke hydrogelsystemer kan gøre med hensyn til vævsteknologi, " sagde Aixiang Ding, postdoktoral forskningsassistent ved UIC og medførsteforfatter på papiret. UIC's Oju Jeon, forskningsprofessor, er også medforfatter.