Weefselengineering is lang afhankelijk geweest van geometrisch statische steigers die in het laboratorium met cellen zijn bezaaid om nieuwe weefsels en zelfs organen te creëren. Het steigermateriaal - meestal een biologisch afbreekbare polymeerstructuur - wordt geleverd met cellen en de cellen, mits voorzien van de juiste voedingsstoffen, dan ontwikkelen tot weefsel als de onderliggende steiger biologisch afbreekt. Maar dit model negeert de buitengewoon dynamische morfologische processen die ten grondslag liggen aan de natuurlijke ontwikkeling van weefsels.

Nutsvoorzieningen, onderzoekers van de University of Illinois Chicago hebben nieuwe 4D-hydrogels ontwikkeld - 3D-materialen die in de loop van de tijd van vorm kunnen veranderen als reactie op stimuli - die meerdere keren kunnen veranderen op een voorgeprogrammeerde of on-demand manier als reactie op externe trigger signalen.

in een nieuwe Geavanceerde wetenschap studie, de UIC-onderzoekers, onder leiding van Eben Alsberg, laten zien dat deze nieuwe materialen kunnen worden gebruikt om weefsels te helpen ontwikkelen die meer lijken op hun natuurlijke tegenhangers, die onderhevig zijn aan krachten die beweging aandrijven tijdens hun vorming.

"De hydrogels kunnen worden geprogrammeerd of geïnduceerd om in de loop van de tijd meerdere controleerbare vormveranderingen te ondergaan. Deze strategie creëert experimentele omstandigheden om de continue verschillende vormveranderingen die zich ontwikkelende of genezende weefsels ondergaan, gedeeltelijk na te bootsen of te stimuleren, en het kan ons in staat stellen morfogenese te bestuderen en ons ook helpen weefselarchitecturen te ontwikkelen die meer lijken op inheemse weefsels, " zei Alsberg, de Richard en Loan Hill hoogleraar biomedische technologie en de corresponderende auteur op het papier.

Het nieuwe materiaal bestaat uit verschillende hydrogels die met verschillende snelheden en mate zwellen of krimpen als reactie op water of de calciumconcentratie. Door complexe gelaagdheidspatronen te creëren, de onderzoekers kunnen het conglomeraatmateriaal leiden om op de een of andere manier te buigen als de lagen opzwellen en/of krimpen.

"We kunnen de vorm van deze materialen veranderen door ze aan te passen, bijvoorbeeld, de aanwezige hoeveelheid calcium, " zei Alsberg, die tevens hoogleraar orthopedie is, farmacologie en mechanische en industriële techniek bij UIC.

In hun experimenten, de onderzoekers waren in staat om ervoor te zorgen dat de hydrogel zich vormde in zakken die qua vorm vergelijkbaar waren met longblaasjes, de kleine zakachtige structuren in de long waar gasuitwisseling plaatsvindt.

Niet alleen zijn de hydrogels van Alsberg in staat om hun architectuur meerdere keren te veranderen, maar ze zijn ook zeer cytocompatibel, wat betekent dat ze cellen kunnen hebben ingebouwd en dat de cellen in leven blijven - iets wat veel bestaande 4D-materialen niet kunnen.

"We kijken er echt naar uit om de grenzen te verleggen van wat onze unieke hydrogelsystemen kunnen doen op het gebied van tissue engineering, " zei Aixiang Ding, postdoctoraal onderzoeksmedewerker bij UIC en co-eerste auteur op het papier. Oju Jeon van UIC, onderzoeksprofessor, is tevens co-eerste auteur.