(PhysOrg.com) -- Ingenieurs van de universiteiten van Duke en Harvard hebben een "magnetische spons" ontwikkeld die na implantatie in een patiënt medicijnen kan "uitknijpen", cellen, of andere middelen wanneer ze door een magneet worden gepasseerd.

De onderzoekers tonen aan dat het nieuwe materiaal - een zogenaamde macroporeuze ferrogel - tot 70 procent kan worden gecomprimeerd door een aangelegd magnetisch veld. De omkeerbare compressie dwingt de medicijnen snel naar buiten, cellen, of eiwitten ingebed in de ferrogel.

Terwijl poreuze biomaterialen tegenwoordig worden gebruikt als steigers voor weefselregeneratie en celtherapie, ze zijn meestal passief omdat het medicijn of de cellen gewoonlijk uit de materialen diffunderen of migreren. De nieuwe steiger die de ingenieurs van Duke en Harvard hebben ontwikkeld, anderzijds, kan worden gecontroleerd door externe signalen om medicijnen en cellen op commando vrij te geven.

De macroporeuze ferrogel bevat magnetische ijzernanodeeltjes, die reageren op magnetische velden. Net zo belangrijk, zeiden de onderzoekers, de nieuwe ferrogel heeft veel grotere poriën dan bestaande ferrogels.

"Deze grotere poriën stellen ons in staat om medicijnen te gebruiken met grotere moleculen zoals eiwitten en cellen, en resulteren in een veel grotere druk in de aanwezigheid van een magnetisch veld, zei Xuanhe Zhao, assistent-professor werktuigbouwkunde en materiaalkunde aan de Duke's Pratt School of Engineering. Zhao voerde veel van het werk uit terwijl hij een postdoctoraal onderzoeker was aan de Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) in het laboratorium van David Mooney, Robert P. Pinkas Familiehoogleraar Bioengineering en een kernlid van het Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering aan Harvard.
De grote poriën werden gecreëerd door de ferrogel te bevriezen.

“Als je een gel invriest, het water erin kristalliseert en beschadigt een deel van de gel, ’ zei Zhao. “Na het smelten, er blijft een ‘gat’ achter. Door de temperatuur en de duur van het invriezen te variëren, we kunnen de grootte van de poriën controleren.”

“In tegenstelling tot conventionele steigers, onze ferrogel geeft ons veel actieve controle over wat het ook moet worden toegediend, ' zei Zhao. “Bijvoorbeeld, we kunnen de grootte van de poriën of het magnetisme variëren, afhankelijk van hoe de ferrogel wordt verwerkt.”

De resultaten van het onderzoek zijn online gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

De wetenschappers testten ferrogels geladen met menselijke en muiscellen in diermodellen, en werden aangemoedigd door de manier waarop de ferrogel reageerde op magnetische stimulatie.

“Dit is de eerste demonstratie, voor zover wij weten, van het gebruik van deze poreuze ferrogels voor gecontroleerde celafgifte, ' zei Mooney. “Meer in het algemeen, dit biedt de eerste demonstratie van on-demand vrijgave van cellen uit poreuze steigers, wat zou kunnen leiden tot wijdverbreid gebruik bij weefselregeneratie en andere celtherapieën."

Mooney zei ook dat het mogelijk zou zijn om levende cellen in de ferrogels te plaatsen die mogelijk jarenlang nieuwe cellen zouden kunnen produceren.

"Hoewel deze specifieke studie zich richtte op het vermogen om medicijnen en cellen op aanvraag te leveren, we verwachten ook dat deze ferrogels veel bredere toepassingen kunnen hebben, waaronder het dienen als actuatoren en sensoren op biomedische en andere gebieden, dankzij hun grote en snelle volumeverandering onder magnetisme, ' zei Mooney.

Deze ferrogels zijn gemaakt van een biologisch afbreekbare stof, zodat ze niet verwijderd hoeven te worden, zeiden de wetenschappers.

Andere leden van het onderzoeksteam waren Jaeyun Kim, Christine Cézar, Nathanial Huebsch, Kangwon Lee, en Kamal Bouhadir, allemaal van Harvard. Het onderzoek werd ondersteund door de National Institutes of Health, het Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), Harvard, en hertog.