Origami - de Japanse kunst om papier in vormen en figuren te vouwen - dateert uit de zesde eeuw. Bij UMass Lowell, het inspireert onderzoekers bij het ontwikkelen van een 21e-eeuwse oplossing voor het tekort aan weefsel- en orgaandonoren.

Gulden Camci-Unal, een assistent-professor chemische technologie, en haar team van studentonderzoekers ontwerpen nieuwe biomaterialen die ooit kunnen worden gebruikt voor reparatie, huid vervangen of regenereren, bot, kraakbeen, hartkleppen, hartspier en bloedvaten, en in andere toepassingen.

Origami als inspiratie gebruiken, Camci-Unal en haar team gebruiken gewoon papier om steigers op centimeterschaal te maken waar de cellen kunnen groeien en passen vervolgens microfabricagetechnieken toe om nieuwe biomaterialen te genereren die bekend staan ​​​​als weefselmimetica.

"Papier is een goedkope, algemeen verkrijgbaar en uiterst flexibel materiaal dat gemakkelijk kan worden gefabriceerd in driedimensionale structuren van verschillende vormen, maten en configuraties, ' zei Camci-Unal.

Het team gebruikt origami-gevouwen papier om botcellen te laten groeien, osteoblasten genoemd, die de matrix produceren die wordt afgezet met mineralen om bot te vormen. Het papier kan vervolgens worden geïmplanteerd om patiënten te behandelen, inclusief degenen die lijden aan schade veroorzaakt door ziekte, degeneratie of trauma, of botdefecten zoals onregelmatige maten en vormen.

Tot dusver, het onderzoek van het team geeft aan dat de implantaten biocompatibel zijn, dat wil zeggen, er wordt niet verwacht dat ze worden afgewezen door het immuunsysteem van het lichaam, volgens Camci-Unal.

Het team gebruikt ook hun op papier gebaseerde onderzoek om meer te weten te komen over het gedrag van longkankercellen.

"Tumorbiopten van patiënten kunnen in ons systeem worden gekweekt en vervolgens kunnen deze cellen worden blootgesteld aan verschillende chemotherapiemedicijnen of bestralingsdoses om erachter te komen welke specifieke behandeling het beste werkt voor de patiënt, " zei Camci-Unal, die in 2016 toetrad tot de faculteit van UMass Lowell.

De onderzoeksgroep Camci-Unal ontwikkelt ook goedkope, papieren platforms voor point-of-care ziektediagnostiek. Hun biosensoren kunnen worden gebruikt om te bepalen of een patiënt een specifieke ziekte heeft.

Naast papier, Camci-Unal en haar team gebruiken hydrogels - flexibele, squishy materialen die op Jell-O lijken en meestal van water zijn gemaakt - in weefselgerelateerd onderzoek voor een reeks voor verschillende toepassingen, inclusief wondverzorging.

"Hun fysieke, chemische en biologische eigenschappen kunnen worden aangepast aan verschillende toepassingen voor weefselengineering, "zei ze. "Echter, hydrogels hebben relatief zwakke mechanische eigenschappen, dus ze zijn meestal niet zo gemakkelijk te hanteren en te manipuleren als ze groot zijn, zeer dunne lakens."

Door hydrogels beladen met cellen te combineren met vellen papier, Camci-Unal is in staat om voldoende sterke ondersteuningsstructuren te creëren die kunnen worden gebruikt voor tissue engineering. Andere onderzoekers hebben 3D-structuren ontwikkeld van synthetische materialen zoals polymeren, keramiek en metalen om cellen te kweken, maar de meeste van die traditionele materialen lijken niet erg op de omgeving in inheemse weefsels, ze legde uit.

"Ons team is onlangs begonnen met onderzoek naar wondgenezing, te. Ons uiteindelijke doel is het verbeteren van de menselijke gezondheid en de kwaliteit van leven, ' zei Camci-Unal.

Camci-Unal en drie van haar studenten – biologie major Kierra Walsh van Billerica en Xinchen Wu en Sanika Suvarnapathaki, zowel van Lowell als Ph.D. studenten biomedische technologie en biotechnologie - bespraken het gebruik van op papier gebaseerde, 3D-platforms voor celculturen en andere biomedische toepassingen in een artikel van 24 januari in MRS Communicatie , een peer-reviewed academisch tijdschrift dat door onderzoekers over de hele wereld wordt gebruikt voor de snelle verspreiding van doorbraken in de materiaalwetenschap.