Met behulp van DNA, kleine silicadeeltjes, en koolstof nanobuisjes, onderzoekers van het Karlsruhe Institute of Technology (KIT) hebben nieuwe programmeerbare nanocomposieten ontwikkeld die kunnen worden aangepast aan verschillende toepassingen en die kunnen worden geprogrammeerd om snel en voorzichtig af te breken. Voor medische toepassingen, ze kunnen omgevingen creëren waarin menselijke stamcellen kunnen settelen en zich verder kunnen ontwikkelen. Aanvullend, ze zijn geschikt voor het opzetten van biohybride systemen om stroom te produceren, bijvoorbeeld. De resultaten worden gepresenteerd in Natuurcommunicatie en op het bioRxiv-platform.

Stamcellen worden gekweekt voor fundamenteel onderzoek en ontwikkeling van effectieve therapieën tegen ernstige ziekten, d.w.z., om beschadigd weefsel te vervangen. Echter, stamcellen zullen alleen gezond weefsel vormen in een adequate omgeving. Voor de vorming van driedimensionale weefselstructuren, Er zijn materialen nodig die celfuncties met perfecte elasticiteit ondersteunen. Nieuwe programmeerbare materialen die geschikt zijn voor gebruik als substraten in biomedische toepassingen zijn nu ontwikkeld door de groep van professor Christof M. Niemeyer van het Institute for Biological Interfaces, samen met collega's van het Institute of Mechanical Process Engineering and Mechanics, het Zoölogisch Instituut, en het Institute of Functional Interfaces van KIT. Met deze materialen kunnen onder meer omgevingen worden gecreëerd waarin menselijke stamcellen zich kunnen vestigen en zich verder kunnen ontwikkelen.

Zoals gerapporteerd door de onderzoekers in Natuurcommunicatie , de nieuwe materialen bestaan ​​uit DNA, kleine silicadeeltjes, en koolstof nanobuisjes. "Deze composieten worden geproduceerd door een biochemische reactie en hun eigenschappen kunnen worden aangepast door de hoeveelheden van de afzonderlijke bestanddelen te variëren, " Christof M. Niemeyer legt uit. Bovendien, de nanocomposieten kunnen worden geprogrammeerd voor snelle en zachte afbraak en afgifte van de cellen die erin zijn gegroeid, die vervolgens kunnen worden gebruikt voor verdere experimenten.

Nieuwe materialen voor biohybride systemen

Volgens een andere publicatie van het team op het bioRxiv bioscience-platform, de nieuwe nanocomposieten kunnen ook worden gebruikt voor de constructie van programmeerbare biohybride systemen. "Het gebruik van levende micro-organismen geïntegreerd in elektrochemische apparaten is een groeiend onderzoeksgebied, " zegt professor Johannes Gescher van het Instituut voor Toegepaste Biowetenschappen (IAB) van het KIT, die bij dit onderzoek betrokken was. "Het is mogelijk om microbiële brandstofcellen te produceren, microbiële biosensoren, of microbiële bioreactoren op deze manier."

Het door KIT-onderzoekers gebouwde biohybride systeem bevat de bacterie Shewanella oneidensis. Het is exo-elektrogeen, wat betekent dat wanneer de organische stof wordt afgebroken onder zuurstofgebrek, een elektrische stroom wordt geproduceerd. Wanneer Shewanella oneidensis wordt gekweekt in de door KIT ontwikkelde nanocomposieten, het vult de matrix van de composiet, terwijl de niet-exo-elektrogene Escherichia coli-bacterie op het oppervlak blijft. Het Shewanella-bevattende composiet blijft enkele dagen stabiel. Toekomstig werk zal gericht zijn op het openen van nieuwe bio-engineeringtoepassingen van de nieuwe materialen.