De chemici van Rice University kunnen de mossel bedanken voor het inbrengen van de spier in hun nieuwe macroschaal-steigervezels.

Het Rice-lab van scheikundige Jeffrey Hartgerink had al bedacht hoe je van synthetische peptiden biocompatibele nanovezels kon maken. Bij nieuw werk, het lab gebruikt een aminozuur dat in de kleverige pootjes van mosselen wordt gevonden om die vezels in sterke hydrogelstrengen te laten samenvloeien.

Hartgerink en Rice afgestudeerde student I-Che Li introduceerden deze maand hun kamertemperatuurmethode in een open access paper in de Tijdschrift van de American Chemical Society .

De hydrogel snaren kunnen worden opgepakt en verplaatst met een pincet, en Li zei dat hij verwacht dat ze laboratoria zullen helpen om de groei van celculturen beter onder controle te krijgen.

"Meestal, wanneer cellen op een oppervlak groeien, ze verspreiden zich willekeurig, " zei hij. "Er zijn veel biomaterialen die we in een specifieke richting willen laten groeien. Met de hydrogelsteiger uitgelijnd, we kunnen verwachten dat cellen groeien zoals we willen. Een voorbeeld zijn neuroncellen, die we kop aan staart willen laten groeien om de zenuwregeneratie te ondersteunen.

"In principe, dit zou ons in staat kunnen stellen de celgroei van hier naar daar te sturen, "zei hij. "Daarom is dit materiaal zo opwindend."

In eerder onderzoek had Hartgerink's lab synthetische hydrogels ontwikkeld die in het lichaam konden worden geïnjecteerd om als steigers voor weefselgroei te dienen. De hydrogels bevatten hydrofobe peptiden die zichzelf samenvoegden tot vezels van ongeveer 6 nanometer breed en tot enkele micron lang. Echter, omdat de vezels niet met elkaar interageren, ze verschenen over het algemeen in microscoopbeelden als een verwarde massa.

Experimenten toonden aan dat de vezels konden worden uitgelijnd met de toepassing van schuifkrachten, op dezelfde manier waarop speelkaarten worden uitgelijnd tijdens het schudden door op zowel de boven- als onderkant van het kaartspel te drukken.

Hartgerink en Li besloten om te proberen de vezels door een naald te duwen om ze op één lijn te krijgen, een proces dat gemakkelijker zou zijn als het materiaal in water oplosbaar was. Dus voegden ze een keten van aminozuren toe die bekend staat als DOPA aan de zijkanten van de vezels, zodat ze in water oplosbaar blijven in de spuit. zei Li.

DOPA—kort voor 3, 4-dihydroxyfenylalanine - is de verbinding die ervoor zorgt dat mosselen aan bijna alles blijven kleven. Hartgerink en Li ontdekten dat de combinatie van DOPA en schuifspanning bij het passeren van de naald ervoor zorgde dat de vezels zichtbaar werden, touwachtige bundels.

Ze ontdekten ook dat DOPA chemische verknopingsreacties bevorderde die de bundels hielpen hun vorm te behouden. "DOPA is erg gevoelig voor oxidatiemiddelen, "Zei Li. "Zelfs door DOPA bloot te stellen aan lucht oxideert het, en dat helpt bij het verknopen van de vezels."

Als bonus, de uitgelijnde vezels bleken ook een merkwaardige en nuttige optische eigenschap te hebben, genaamd "uniforme dubbele breking, " of dubbele breking. Li zei dat dit onderzoekers in staat zou kunnen stellen gepolariseerd licht te gebruiken om precies te zien waar de uitgelijnde vezels zijn, zelfs als ze bedekt zijn met cellen.

"Dit zal een belangrijke techniek voor ons zijn om zeker te zijn van de lange-afstandsvolgorde van vezeluitlijning wanneer we gerichte celgroei testen, " hij zei.

De onderzoekers verwachten dat de uitgelijnde vezels kunnen worden gebruikt voor medische toepassingen op macroschaal, maar met controle op nanoschaal over de structuren.

"Zelfassemblage is in feite het vermogen van een molecuul om geordende structuur te maken van chaos, en wat I-Che heeft gedaan, is deze organisatie naar een nieuw niveau tillen met zijn op elkaar afgestemde snaren, zei Hartgerink, hoogleraar scheikunde en bio-engineering. "Met dit materiaal we zijn verheugd om te zien of we deze organisatie kunnen opleggen aan de groei van cellen die ermee interageren."