跳到主要内容

话题

生物制作

生物制作

形状换档生物材料可以改变4D组织工程

01 Apr 2021 凯蒂飞逝 
4D tissue engineering

可控制地改变形状随时间的材料 - 通常称为四维(4D)材料 - 是高级组织工程应用的优异候选者。然而,许多4D材料只有低浓度的细胞加载,可能限制了它们在再生医学中的使用。

要解决这个问题,研究人员来自 伊利诺伊大学在芝加哥 使用两种类型的生物相容性水凝胶开发了一种4D生物材料系统。制造为床单,当暴露在水中时,材料卷入管中。每个新的水凝胶都可以支持高达1百万个细胞/ ml的细胞密度 - 接近相同的数量级,因为在显影和愈合组织中发现。

“使用高密度的细胞可以是有利的组织工程,因为这使得能够增加可以促进组织发展的细胞 - 细胞相互作用,”铅作者解释说 eben alsberg. 在一个 新闻语句。研究人员描述了他们的工作 先进的功能材料.

水活性形状变化

组织开发是一种高度动态的过程。通过一系列复杂的架构改变组织细胞簇,直到形成最终组织结构。因此,对于组织工程的支架可以响应甚至复制,因此可能是有益的,并且在同一时间尺度上响应组织内发生的几何变化。

这是换档材料闪耀的地方。研究人员假设具有不同膨胀率的堆叠水凝胶将产生4D材料,以逐渐变化形状,因为它吸收水。通过在整个支架中控制每个水凝胶的空间分布,然后可以随时间调节膨胀(和因此形状变化)的程度。

首先,该团队研究了两种生物相容性水凝胶的溶胀性能:氧化和甲基丙烯酸藻酸盐(OMAs)和甲基丙烯酸酯的明胶(GELMA)。它们不仅发现OMAS比凝胶多膨胀,而且通过改变其化学,可以进一步增强OMA扩展。 OMA氧化程度越高,其降解速率越快,而且扩大的速度越多。

接下来,研究人员在细胞培养基中淹没一系列平坦的双层OMA / GELMA支架,并监测其随后的变形。在21天的过程中,每个支架弯曲成“C”形,具有一些形成封闭圆圈或甚至滚动的螺旋状结构。在每种情况下,OMA层决定了整体形状变化,因为它吸收了最快的水。更重要的是,可以通过改变OMA层的厚度或改变OMA氧化水平来控制卷曲程度。

该材料还与光刻和生物印刷品等技术兼容,这允许团队用更复杂的起动几何形状和形状转换产生4D水凝胶。

“使用我们的双层水凝胶,我们可以控制材料经历的弯曲和时间进展的程度,”第一作者Yu Bin Lee说。

Research team

录制 - 断开细胞封装

为了测试细胞密度对4D形状变化的影响,研究人员将每个水凝胶层加载具有不同浓度的成纤维细胞或干细胞的水凝胶层。该材料在三周后保持其轧制结构,即使在极高的细胞密度(1.0×10)8 cells/mL).

在本研究之前,封装在形状变形材料内的最高报告的细胞浓度为1.0×107 细胞/ mL - 比这项工作中的团队所实现的10倍。整个21天的细胞类型都保持着可行的。重要的是,干细胞可以像分化一样执行正常的细胞活性。

研究人员希望材料可用于模仿一系列具有多种细胞浓度的靶组织。 “该系统持有组织工程的承担,但也可用于研究早期发展中涉及的生物过程,”李说。

版权©2021由IOP Publishing Ltd和个人贡献者