Onderzoekers van het College of Engineering and Computer Science hebben een materiaal ontwikkeld - een nieuw soort vormgeheugenpolymeer (SMP) - dat grote gevolgen kan hebben voor de gezondheidszorg.

SMP's zijn zacht, rubberachtig, "slimme" materialen die van vorm kunnen veranderen als reactie op externe prikkels zoals temperatuurveranderingen of blootstelling aan licht. Ze kunnen elke vorm voor onbepaalde tijd vasthouden en terugkeren wanneer ze daartoe worden getriggerd.

SMP's hebben veel potentiële biomedische toepassingen. Bijvoorbeeld, ze zijn ideaal als cardiovasculaire stents omdat ze de ene vorm kunnen hebben voor chirurgische inbrenging en een andere wanneer ze in een bloedvat worden geplaatst. De warmte van het lichaam van de patiënt is alles wat nodig is om de vormverandering teweeg te brengen.

Samen met medewerkers van Bucknell University, Onderzoekers van de Universiteit van Syracuse hebben een SMP ontworpen die van vorm kan veranderen als reactie op blootstelling aan enzymen en compatibel is met levende cellen. Het vereist geen extra trigger, zoals een verandering in temperatuur. Gezien deze eigenschappen, het kan reageren op cellulaire activiteit zoals genezing.

"De enzymatische gevoeligheid van het materiaal stelt het in staat om direct te reageren op celgedrag, " legt biomedische technologie PhD-kandidaat Shelby L. Buffington uit. "Bijvoorbeeld, je zou het over een wond kunnen leggen, en terwijl het weefsel het hermodelleerde en degradeerde, de SMP zou de wond langzaam dichttrekken. Het kan worden aangepast om een ​​rol te spelen bij de behandeling van infecties en kanker door de chemie van het materiaal aan te passen."

Het onderzoeksteam omvat Buffington, Justine E. Paul '18, bio-engineering junior Mark M. Macios, Professor James H. Henderson en Patrick T. Mather van Bucknell en Matthew M. Ali Ph.D. '18. Hun onderzoek, "Enzymatisch geactiveerde vormgeheugenpolymeren, " werd gepubliceerd in Acta Biomaterialia in januari.

Het team heeft het materiaal gemaakt met behulp van een proces dat dual electrospinning wordt genoemd, waarin een hoogspanningsstroom wordt toegepast op twee naaldpunten die twee afzonderlijke polymeeroplossingen pompen. De spanning trekt de polymeervezels naar buiten, en ze worden gemengd tot een vezelpolymeermat. De juiste combinatie van vezels geeft het materiaal zijn vormgeheugenkwaliteiten.

Gedetailleerd in hun papier, de teams analyseerden de eigenschappen van het materiaal, vormgeheugenprestaties en cytocompatibiliteit. Hun experimenten toonden met succes aan dat de oorspronkelijke vorm van de SMP kon worden hersteld door een zekere mate van omkering, of degradatie, van de vormfixerende fase.

Vandaag, het onderzoeksteam onderzoekt hun SMP in kanker- en macrofaagcelculturen. Ze hopen dat met aanvullend onderzoek, ze zullen praktische toepassingen van hun materiaal ontdekken met behulp van lagere concentraties enzymen, geproduceerd door minder extreme cellulaire activiteit.

"We verwachten dat de materialen die we ontwikkelen een brede toepassing kunnen hebben in de gezondheidszorg. onze SMP's kunnen worden gebruikt in medicijnen die alleen worden geactiveerd wanneer de doelcellen of het doelorgaan zich in de gewenste fysiologische toestand bevinden, in steigers die weefselregeneratie leiden als reactie op het gedrag van het regenererende weefsel zelf, en in besluitvormingsbiosensoren die de behandeling van patiënten effectiever begeleiden, "zegt Henderson. "We zijn erg verheugd dat we deze eerste enzymatisch responsieve SMP's hebben bereikt."