Magnetisk svamp kunne være en ny form for celle- og lægemiddellevering

(PhysOrg.com) - Ingeniører ved Duke og Harvard universiteterne har udviklet en "magnetisk svamp", der efter implantation i en patient kan "presse" medicin ud, celler, eller andre midler, når de passeres af en magnet.

Forskerne viser, at det nye materiale - kaldet en makroporøs ferrogel - kan komprimeres så meget som 70 procent af et påført magnetfelt. Den reversible kompression tvinger hurtigt stofferne ud, celler, eller proteiner indlejret i ferrogelen.

Mens porøse biomaterialer i dag bruges som stilladser til vævsregenerering og celleterapi, de er for det meste passive ved, at lægemidlet eller cellerne sædvanligvis diffunderer eller migrerer ud af materialerne. Det nye stillads, som Duke og Harvards ingeniører har udviklet, på den anden side, kan styres af eksterne signaler til at frigive stoffer og celler på kommando.

Den makroporøse ferrogel indeholder magnetiske jernnanopartikler, som reagerer på magnetiske felter. Lige så vigtigt, sagde forskerne, den nye ferrogel har meget større porer end eksisterende ferrogeler.

"Disse større porer giver os mulighed for at bruge lægemidler med større molekyler såsom proteiner og celler, og resultere i et meget mere betydeligt klem, når det er tilstedeværelse af et magnetfelt, " sagde Xuanhe Zhao, assisterende professor i maskinteknik og materialevidenskab ved Duke's Pratt School of Engineering. Zhao udførte meget af arbejdet, mens han var postdoc ved Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) i David Mooneys laboratorium, Robert P. Pinkas Familieprofessor i bioteknik og et kernemedlem af Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering ved Harvard.
De store porer blev skabt ved at fryse ferrogelen.

"Når du fryser en gel, vandet inde i det krystalliserer og beskadiger en del af gelen, " sagde Zhao. "Efter smeltning, et ’hul’ efterlades. Ved at variere temperaturen og varigheden af ​​frysningen, vi kan kontrollere størrelsen af ​​porerne."

"I modsætning til konventionelle stilladser, vores ferrogel giver os en stor del aktiv kontrol over, hvad det end skal administreres, " sagde Zhao. “F.eks. vi kan variere størrelsen af ​​porerne eller niveauet af magnetisme, afhængig af, hvordan ferrogelen behandles."

Resultaterne af undersøgelsen blev offentliggjort online i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Forskerne testede ferrogeler fyldt med menneske- og museceller i dyremodeller, og blev opmuntret af den måde, ferrogelen reagerede på magnetisk stimulering.

"Dette er den første demonstration, så vidt vi ved, af brugen af ​​disse porøse ferrogeler til kontrolleret cellelevering, " sagde Mooney. "Mere bredt, dette giver den første demonstration af on-demand frigivelse af celler fra porøse stilladser, som kan føre til udbredt brug i vævsregenerering og andre celleterapier."

Mooney sagde også, at det ville være muligt at placere levende celler i ferrogelerne, der kunne tænkes at producere nye celler i årevis.

"Mens denne særlige undersøgelse fokuserede på evnen til at levere lægemidler og celler efter behov, vi forventer også, at disse ferrogeler kan have meget bredere anvendelser, herunder at fungere som aktuatorer og sensorer inden for biomedicinske og andre områder, takket være deres store og hurtige volumenændring under magnetisme, " sagde Mooney.

Disse ferrogeler er lavet af et biologisk nedbrydeligt stof, så de ikke behøver at blive fjernet, sagde forskerne.

Andre medlemmer af forskerholdet var Jaeyun Kim, Christine Cezar, Nathanial Huebsch, Kangwon Lee, og Kamal Bouhadir, alle fra Harvard. Forskningen blev støttet af National Institutes of Health, Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), Harvard, og Duke.