Electrospinning maakt gebruik van elektrische velden om vezels op nanoschaal en microschaal te manipuleren. De techniek is goed ontwikkeld, maar tijdrovend en kostbaar. Een team van de Michigan Technological University bedacht een nieuwe manier om aanpasbare nanovezels te maken voor het kweken van celculturen, waardoor de tijd die wordt besteed aan het verwijderen van giftige oplosmiddelen en chemicaliën wordt verkort. Hun werk is gepubliceerd in Materialia .

Smitha Rao, assistent-professor biomedische technologie aan Michigan Tech, leidde het onderzoek. Ze zei dat de aanpak innovatief is, "we komen hier volledig opzij, " en het team richtte zich op het stroomlijnen van de productie van elektrospun nanovezels. Nanovezels worden gebruikt als steigers, gemaakt van strengen en zakken, die cellen kunnen laten groeien.

"We willen een geassembleerde, sterk uitgelijnde steiger met ideale structuren en patronen erop die cellen leuk zullen vinden, " zei Rao. "Neem een ​​cel, zet het op poreuze materialen versus elastische materialen versus harde materialen, en het blijkt dat de cel verschillende dingen doet. Meestal gebruik je verschillende materialen om deze verschillende eigenschappen te krijgen. Cellen reageren anders als je ze op verschillende oppervlakken legt, dus kunnen we steigers maken die deze verschillende omstandigheden bieden, terwijl de materialen hetzelfde blijven?"

In een notendop, Ja. En het maken van aanpasbare steigers is verrassend eenvoudig, vooral in vergelijking met de moeizame giet- en additieve processen die typisch worden gebruikt om steigers te produceren die geschikt zijn voor elektrospinnen. Plus, Rao's team ontdekte een prettige bijwerking.

"We nemen de polymeren, dan zetten we ze in oplossingen, en we bedachten deze magische formule die werkt - en toen moesten we het gaan electrospinnen, " legde Rao uit, eraan toevoegend dat het team tijdens het proces iets vreemds opmerkte.

"We zagen dat de cellen uitgelijnd waren zonder dat we iets externs aanpasten. om ze op één lijn te krijgen, moet je ze in een elektrisch veld plaatsen, of plaats ze in een kamer en schud de steiger om ze te dwingen in een bepaalde richting uit te lijnen door externe spanningen uit te oefenen, "zei ze. "We nemen in feite stukken van deze steiger, door het in een kweekplaat te gooien en er cellen op te laten vallen."

Wanneer ze in een elektrisch veld worden rondgedraaid - stel je een suikerspinmachine voor - volgen de zelfrichtende cellen het streng-en-zakpatroon van de onderliggende nanovezels. Rao's team, inclusief hoofdauteur en Ph.D. student Samender Nagam Hanumantharao en masterstudent Carolynn Que, ontdekte dat variërende elektrische veldsterkten resulteren in verschillende zakformaten. Bij 18 kilovolt, de magie gebeurt en de vezels worden precies zo uitgelijnd. Bij 19 kilovolt, kleine zakjes vormen, ideaal voor cardiale myoblasten. Bij 20 kilovolt, honingraten van zakken zetten uit in de vezels. Botcellen geven de voorkeur aan de pockets gevormd bij 21 kilovolt; dermale cellen zijn niet kieskeurig, maar vooral van de ruime kamers die op 22 kilovolt groeien.

Rao's team testte een verscheidenheid aan polymeermengsels en ontdekte dat enkele van de meest voorkomende materialen beproefd blijven. Dankzij hun magische mengsel van twee polymeren konden ze de zakgrootte van nanovezels manipuleren; een mengsel van drie polymeren maakte het mogelijk om de mechanische eigenschappen aan te passen. De polymeren omvatten polycaprolacton (PCL), biologisch afbreekbaar en gemakkelijk te vormen, en geleidend polyaniline (PANI), die samen een mengsel van twee polymeren vormden, die kunnen worden gecombineerd met polyvinylideendifluoride (PVDF).

"Omdat polyaniline van nature geleidend is, mensen kunnen het in de vezelmatrix gooien om geleidende steigers te krijgen voor cellen zoals neuronen, " zei Rao. "Echter, niemand heeft deze materialen gebruikt om de procesomstandigheden te manipuleren."

In staat zijn om dezelfde materialen te gebruiken om verschillende nanovezelkenmerken te creëren, betekent het elimineren van chemische en fysieke variabelen die de experimentele resultaten kunnen verknoeien. Rao hoopt dat naarmate meer onderzoekers de mengsels en het proces van haar team gebruiken, het onderzoek zal versnellen om neurale mechanismen beter te begrijpen, wondgenezingstechnologie versnellen, cellijnen testen en snelle prototyping stimuleren in de biomedische technologie.

"We proberen het proces te vereenvoudigen om een ​​zeer complexe vraag te beantwoorden:hoe prolifereren en groeien cellen?" zei Rao. "Dit is onze basisbouwsteen; dit is de twee-aan-twee Lego. En vanaf daar kun je bouwen wat je wilt."