Tecnologia Científica

Materiais de bioengenharia 4-D dobram, curvam como tecido natural
A engenharia de tecidos há muito depende de estruturas geometricamente estáticas semeadas com células em laboratório para criar novos tecidos e até mesmo órgãos.
Por Sharon Parmet - 01/03/2021


Os materiais à base de hidrogel 4D podem sofrer múltiplas mudanças de forma conformacional em resposta às sugestões ambientais. Crédito: Aixiang Ding

A engenharia de tecidos há muito depende de estruturas geometricamente estáticas semeadas com células em laboratório para criar novos tecidos e até mesmo órgãos. O material de suporte - geralmente uma estrutura de polímero biodegradável - é fornecido com células e as células, se fornecidas com os nutrientes certos, se desenvolvem em tecido à medida que o suporte subjacente é biodegradado. Mas esse modelo ignora os processos morfológicos extraordinariamente dinâmicos que fundamentam o desenvolvimento natural dos tecidos.

Agora, pesquisadores da University of Illinois Chicago desenvolveram novos hidrogéis 4-D - materiais 3-D que têm a capacidade de mudar de forma ao longo do tempo em resposta a estímulos - que podem se transformar várias vezes de maneira pré-programada ou sob demanda em resposta para sinais de acionamento externos.

Em um novo estudo da Advanced Science , os pesquisadores da UIC, liderados por Eben Alsberg, mostram que esses novos materiais podem ser usados ​​para ajudar a desenvolver tecidos que se assemelham mais a seus equivalentes naturais, que estão sujeitos a forças que impulsionam o movimento durante sua formação.

"Os hidrogéis podem ser programados ou induzidos a sofrer várias mudanças de forma controláveis ​​ao longo do tempo. Essa estratégia cria condições experimentais para imitar parcialmente ou estimular as mudanças contínuas de formas diferentes que os tecidos em desenvolvimento ou em cicatrização sofrem, e pode nos permitir estudar a morfogênese e também nos ajudar projetar arquiteturas de tecido que se assemelham mais aos tecidos nativos ", disse Alsberg, o Richard and Loan Hill Professor de Engenharia Biomédica e autor correspondente no artigo.

O novo material é feito de diferentes hidrogéis que aumentam de volume ou encolhem em diferentes taxas e extensões em resposta à água ou à concentração de cálcio. Ao criar padrões de camadas complexos, os pesquisadores podem orientar o material do conglomerado para dobrar de uma forma ou de outra conforme as camadas aumentam e / ou encolhem.

"Podemos mudar a forma desses materiais ajustando, por exemplo, a quantidade de cálcio presente", disse Alsberg, que também é professor de ortopedia, farmacologia e engenharia mecânica e industrial na UIC.

Nas suas experiências, os investigadores foram capazes de fazer com que o hidrogel a forma em bolsos semelhantes em forma de alvéolos, o pequeno saco-como estruturas no pulmão em que a troca de gás toma lugar.

Os hidrogéis de Alsberg não são apenas capazes de mudar sua arquitetura várias vezes, mas também são altamente citocompatíveis, o que significa que podem ter células incorporadas e as células permanecerem vivas - algo que muitos materiais 4-D existentes são incapazes de fazer.

"Estamos realmente ansiosos para expandir os limites do que nossos sistemas de hidrogel exclusivos podem fazer em termos de engenharia de tecidos ", disse Aixiang Ding, associado de pesquisa de pós-doutorado na UIC e coautor do artigo. Oju Jeon da UIC, professor pesquisador, também é coprimeiro autor.

 

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