新材料的变形4 d承诺自然组织工程

新hydrogel-based材料可以改变形状,以应对心理刺激,比如水,可能是下一代的材料用于生物组织和器官,据芝加哥伊利诺伊大学的一组研究人员。

在《华尔街日报》最新发表的一篇论文先进功能材料埃本的研究团队领导Alsberg,生物医学工程的教授理查德·希尔和贷款发展物质显示独特的材料可以在应对卷曲成管状水,使材料适合使用生物工程血管或其他管状结构。

在自然界中,胚胎发育和组织治疗通常包括高浓度的细胞和复杂的建筑和组织变更,最终导致最终的组织形态和结构。

组织工程,传统技术,例如,与细胞培养生物可降解的高分子支架上biochambers充满液体营养保持细胞存活。随着时间的推移,提供适当的信号时,细胞繁殖在数量和产生新的组织支架降解的支架的形状。例如,脚手架耳朵形状的种子细胞能够产生软骨和皮肤组织最终可能成为一个可移植的耳朵。

然而,几何静态脚手架不能使组织的形成,随时间动态地改变形状或促进互动与周边组织,改变形状。高细胞密度也通常不习惯和/或支持的支架。

“使用高密度的细胞可以作为这使增加有利于组织工程和信息交互,可以促进组织发展,“Alsberg说,他也是骨科教授,药理学和机械和工业工程在UIC。

输入4 - d材料,类似于三维材料,但他们改变形状时暴露于特定的环境因素,如光线或水。这些材料已经由生物医学工程师盯着作为组织工程的潜在的新结构基质,但大多数现有4 d材料不能生物降解或兼容细胞。

利用4 - d材料为生物工程应用的承诺,Alsberg及其同事开发新颖的基于4 d材料类似凝胶水凝胶,随着时间的推移改变形状的水和cell-compatible可生物降解,使它们先进的组织工程的优秀候选人。水凝胶也支持细胞密度很高,所以他们可以大量种子细胞。

在论文中,研究人员描述接触水的原因水凝胶支架膨胀水被吸收。肿胀的数量可以调整,例如,水凝胶材料的改变方面如降解率或交联polymers-strands蛋白质或多糖的浓度在这种情况下,构成了水凝胶。聚合物浓度越高,交联,越来越多慢慢将给定的水凝胶吸收水分,引起形状的变化。

研究人员发现,通过分层水凝胶具有不同属性像一堆纸,吸水层之间的差异将导致水凝胶堆栈弯曲成一个“C”形构象。如果堆栈弯曲,形成管状,像血管和其他类似结构的管状器官。

他们还发现,它可以调整系统控制时间和形状发生变化的程度。研究人员能够嵌入骨髓干细胞到水凝胶在非常高的密度,密度最高的4 d细胞记录材料——让他们活着,实际应用生物工程的一个重要进步。

在论文中,研究人员描述了变形cell-laden水凝胶可以诱导成为骨,cartilage-like组织。四维生物打印的水凝胶也获得独特的配置来实现更复杂的4 d实现架构。

“用我们的双层水凝胶,我们不仅可以控制材料弯曲多少经历及其时间进程,但由于水凝胶可以支持高细胞密度,他们更紧密地模仿多少组织形式或自然治愈,”Yu说本·李,生物医学工程博士后研究员和第一作者在纸上。“这个系统用于组织工程的承诺,但是也可以用来研究生物在早期发展过程。”

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