Tehnologie 4D de biofabricație inspirată de kirigami pentru ingineria țesuturilor
Cercetătorii de la Colegiul de Inginerie al Universității Illinois Chicago au dezvoltat o tehnologie de biofabricație 4D care utilizează principiile kirigami pentru a genera forme complexe ce imită structurile țesuturilor umane. Rezultatele, publicate în Cell Biomaterials, au implicații pentru ingineria țesuturilor și vindecarea rănilor.
Kirigami, arta de a plia, tăia și desfășura hârtia, a inspirat de-a lungul timpului inovații dincolo de sala de clasă, de la structuri pentru nave spațiale până la semiconductori. Echipa de cercetare a aplicat aceste strategii pentru a crea construcții capabile să își schimbe forma în timp, transformându-se în structuri asemănătoare țesuturilor, cu geometrii precis definite, fără a necesita manipulare suplimentară din partea cercetătorilor.
Hidrogeluri cu densitate de reticulare controlată
Kaelyn L. Gasvoda, autoare principală și absolventă a unui doctorat în inginerie biomedicală la UIC, a explicat că potențialul kirigami nu fusese explorat pe scară largă în ingineria țesuturilor sau cu materiale moi, asemănătoare gelurilor, capabile să găzduiască celule vii. În laboratorul profesorului Eben Alsberg, echipa a început să fabrice construcții concepute să își schimbe forma în timp.
Pentru a obține acest lucru, cercetătorii au dezvoltat o platformă pe bază de hidrogel, folosind derivați de gelatină și alginat, un polimer natural extras din alge marine. Prin fotolitografie, au utilizat lumină modelată pentru a crea regiuni cu densități diferite de reticulare în materiale, ceea ce permite controlul precis al modului în care diferite părți ale construcțiilor se expandează și se deformează.
Potrivit lui Aixiang Ding, profesor asociat de cercetare, structurile au fost proiectate cu un cadru exterior rigid, care își menține forma fără a se expanda în mediul de cultură, în timp ce regiunile interioare absorb mediul și se expandează, rămânând compatibile cu celulele pentru a susține supraviețuirea, creșterea și diferențierea acestora pe termen lung.
Următorii pași: testarea pe modele animale
După ce au demonstrat capacitatea platformei de a genera geometrii complexe odată cu formarea de țesut nou, cercetătorii intenționează să evalueze performanța acesteia pe modele animale, cu obiectivul pe termen lung de a transpune tehnologia către aplicații clinice.
Echipa se concentrează pe inginerie de țesuturi cu arhitecturi complexe, inclusiv cartilaj, os, țesut traheal și vascular, cu scopul de a recrea structurile și funcțiile lor native. Abordările convenționale s-au confruntat cu dificultăți în reproducerea unor astfel de structuri, în special a celor cu curburi complexe.
„Cercetarea noastră demonstrează că hidrogelurile compatibile cu celulele, modelate prin kirigami, pot fi proiectate să se îndoaie, să se plieze și să se transforme autonom în forme tridimensionale complexe”, a declarat Gasvoda. Această abordare deschide noi posibilități pentru ingineria țesuturilor care replică mai fidel arhitecturile intricate ale țesuturilor native, contribuind la soluționarea unei provocări de lungă durată în domeniu.
