Terwijl we weten wat een boomblad is, een bloemblaadje, en een menselijk hart eruit ziet, we begrijpen niet altijd de diepere vraag hoe ze groeien zoals ze doen - een proces dat bekend staat als morfogenese. Onderzoekers van de Carnegie Mellon University en de Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) heeft een nieuwe techniek ontwikkeld voor het produceren van synthetische gels die ons een idee kan geven.

In de natuur, morfogenese van orgaanweefsel vindt plaats door de groei van verschillende delen met verschillende snelheden, vaak gecontroleerd door de concentratie van groeifactoren. Een onderzoeksteam van Carnegie Mellon, waaronder K. Jimmy Hsia, Changjin Huang, David Quinn, en Subra Suresh (voormalig president van Carnegie Mellon en kandidaat-president van NTU), zuurstof-geremde polymerisatie gebruiken om complexe 3D-structuren van polyacrylamide (PA) gels te laten groeien, natuurlijke processen nabootsen. Ze hebben een manier gevonden om de zuurstofconcentratie in de groeiomgeving te beheersen en, met mechanische beperkingen, stellen de gels in staat zichzelf te assembleren tot complexe vormen in een proces dat kan helpen verklaren hoe onze eigen organen en weefsels vorm krijgen. De bevindingen van het team zijn onlangs gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

De nieuwe techniek verschilt van eerdere engineeringmethoden, die 3D-structuren creëren door materiaallagen toe te voegen of af te trekken. Deze techniek berust op continue polymerisatie van monomeren in de poreuze hydrogel, vergelijkbaar met het proces van vergroting en proliferatie van levende cellen in organische weefsels.

"De techniek biedt onderzoekers een potentieel krachtig hulpmiddel om groeiverschijnselen in levende systemen te bestuderen, " zei Hsia, hoogleraar Werktuigbouwkunde en Biomedische Technologie, en ook Vice Provost voor Internationale Programma's en Strategie bij Carnegie Mellon.

Het team van Hsia is de eerste die dit proces gebruikt om de groei van de gel te beheersen en complexe vormen te creëren door middel van moleculaire zelfassemblage in PA-gels.

"Met het vermogen om de groei en zelfassemblage van hydrogels in complexe structuren te beheersen, " zei Suresh, "Onderzoekers kunnen op een dag synthetische organen en weefsels genereren om zieke en beschadigde biologische weefsels te vervangen."

Onderzoekers kunnen dit proces gebruiken om verschillende hydrogel 3D-vormen en architecturen te vormen voor tissue engineering, zachte robotica, en flexibele elektronica.

Het project werd gefinancierd door een subsidie ​​van het National Institute of Health en de Carnegie Mellon University. Carnegie Mellon en NTU hebben een patent aangevraagd op deze methode.