Nanofibermembraner omdannet til 3-D stilladser

I filmen "Transformers, "biler forvandles til robotter, jetfly eller en række forskellige maskiner. Et lignende koncept inspirerede en gruppe forskere til at kombinere gasskumning, som er en blanding af kemikalier, der fremkalder gasbobling, og 3-D-støbningsteknologier til hurtigt at omdanne elektrospundne membraner til komplekse 3-D-former til biomedicinske applikationer.

I Anvendt fysik anmeldelser , gruppen rapporterer om sin nye tilgang, der viser væsentlige forbedringer i hastighed og kvalitet sammenlignet med andre metoder. Arbejdet er også den første succesrige demonstration af dannelse af 3-D neurale vævskonstruktioner med en ordnet struktur gennem differentiering af humane neurale stamceller på disse transformerede 3-D nanofiber stilladser.

"Elektrospinning er en teknologi til at producere nanofibermembraner, " sagde medforfatter Jingwei Xie, ved University of Nebraska Medical Center. "Fysikprincippet bag det involverer at anvende en elektrisk kraft for at overvinde overfladespændingen af ​​en opløsning for at forlænge en opløsningsstråle til kontinuerlige og ultrafine fibre efter opløsningsmiddelfordampning."

På grund af en iboende egenskab ved elektrospinning, nanofibre aflejres ofte for at danne 2-D membraner eller ark med tætte strukturer og små porestørrelser, der er mindre end cellernes størrelse.

"Dette hæmmer i høj grad anvendelsen af ​​elektrospundne nanofibre, fordi celler undlader at frø eller trænge igennem nanofibermembranerne, hvilket er uønsket, " forklarede han.

Forskere kombinerede gasskumning og 3D-støbningskoncepter for at udvide nanofibermembraner inden for et begrænset rum for at danne prædesignede 3D nanofiberobjekter i cylindriske, cuboid, sfærisk, og uregelmæssige former.

"Vores 3D-objekter har den passende porestørrelse og kontrolleret fiberjustering til at styre og forbedre cellepenetration for at danne nyt væv, " sagde Xie.

Gruppens arbejde er vigtigt, fordi det kan klares inden for en time. Andre metoder kan kræve op til 12 timer at fuldføre transformationsprocessen.

"Takket være evnen til at efterligne arkitekturen af ​​ekstracellulær matrix, elektrospundne nanofibre viser et stort potentiale i applikationer som vævsteknologi, regenerativ medicin og vævsmodellering, " sagde Xie.

Et af gruppens mest spændende resultater er, at efter belægning af 3D nanofiberobjekter med gelatine, de udviser superelasticitet og formgenvinding.

"Gelatinebelagt, kubeformede stilladser funktionaliserede med polypyrrolbelægninger udviste dynamisk elektrisk ledningsevne under cyklisk kompression, " han sagde.

De påviste også, at kuboidformede nanofiberobjekter var effektive til komprimerbar blødning i en svineleverskademodel.

I fremtiden, gruppens metode kan hjælpe "at muliggøre terapeutisk-fri biomaterialer til vævsreparation og regenerering, såsom at bruge prædesignede nanofiberobjekter til at passe til uregelmæssige vævsdefekter, " sagde Xie. "Ud over det, superelasticitet og formgendannelse kunne tillade 3-D-nanofiberobjekter at blive påført på en minimalt invasiv måde."