Los químicos de la Universidad de Rice utilizaron la capacidad adhesiva de un compuesto que se encuentra en los mejillones y la fuerza de corte para ayudar a una nanoescala, péptido multidominio, visto en la parte superior, autoensamblar en un haz de fibras que se puede recoger con una pinza. Los investigadores dijeron que la fibra puede ayudar en la manipulación de cultivos celulares, entre otras aplicaciones. Crédito:Hartgerink Research Group / Rice University
Los químicos de la Universidad de Rice pueden agradecer al mejillón por poner el músculo en sus nuevas fibras de andamio a macroescala.
El laboratorio de Rice del químico Jeffrey Hartgerink ya había descubierto cómo hacer nanofibras biocompatibles a partir de péptidos sintéticos. En obra nueva, el laboratorio está usando un aminoácido que se encuentra en las patas pegajosas de los mejillones para hacer que esas fibras se alineen en fuertes hilos de hidrogel.
El estudiante graduado de Hartgerink y Rice, I-Che Li, presentó su método de temperatura ambiente este mes en un documento de acceso abierto en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .
Las cuerdas de hidrogel se pueden recoger y mover con pinzas, y Li dijo que espera que ayuden a los laboratorios a tener un mejor control sobre el crecimiento de cultivos celulares.
"Por lo general, cuando las células crecen en una superficie, se esparcen al azar, ", dijo." Hay muchos biomateriales que queremos cultivar en una dirección específica. Con el andamio de hidrogel alineado, podemos esperar que las células crezcan como queremos. Un ejemplo serían las células neuronales, que queremos hacer crecer de la cabeza a la cola para ayudar a la regeneración nerviosa.
"Básicamente, esto podría permitirnos dirigir el crecimiento celular de aquí para allá, ", dijo." Es por eso que este material es tan emocionante ".
Las nanofibras peptídicas creadas en la Universidad de Rice se alinean y forman paquetes en un nuevo proceso que utiliza un aminoácido que se encuentra en las patas de los mejillones para ayudar a que las hebras se peguen y mantengan su forma cuando se exponen al aire. Crédito:Hartgerink Research Group / Rice University
En investigaciones anteriores, el laboratorio de Hartgerink había desarrollado hidrogeles sintéticos que podían inyectarse en el cuerpo para servir como andamios para el crecimiento de tejidos. Los hidrogeles contenían péptidos hidrófobos que se autoensamblaban en fibras de aproximadamente 6 nanómetros de ancho y hasta varias micras de largo. Sin embargo, porque las fibras no interactúan entre sí, generalmente aparecían en imágenes microscópicas como una masa enmarañada.
Los experimentos demostraron que las fibras podían alinearse con la aplicación de fuerzas de corte, de la misma manera que los naipes se alinean durante el barajado empujando tanto la parte superior como la inferior de la baraja.
Hartgerink y Li decidieron intentar empujar las fibras a través de una aguja para forzarlas a alinearse, un proceso que sería más fácil si el material fuera soluble en agua. Entonces agregaron una cadena de aminoácidos conocida como DOPA a los lados de las fibras para permitir que permanezcan solubles en agua en la jeringa. Dijo Li.
DOPA:abreviatura de 3, 4-dihidroxifenilalanina:es el compuesto que permite que los mejillones se adhieran a casi cualquier cosa. Hartgerink y Li descubrieron que la combinación de DOPA y el esfuerzo cortante al pasar a través de la aguja hacía que las fibras se formaran visibles, paquetes en forma de cuerda.
También encontraron que la DOPA promovía reacciones químicas de entrecruzamiento que ayudaban a que los haces mantuvieran su forma. "DOPA es muy sensible a los agentes oxidantes, "Dijo Li." Incluso exponer DOPA al aire lo oxida, y eso ayuda a reticular las fibras ".
Las fibras peptídicas de múltiples dominios a nanoescala que se instalan a autoensamblarse en fibras a macroescala son lo suficientemente resistentes como para manipularse con pinzas. Los químicos de la Universidad de Rice que crearon las fibras dijeron que mejorarán la manipulación de cultivos celulares. Crédito:Hartgerink Research Group / Rice University
Como bonificación, las fibras alineadas también demostraron tener una propiedad óptica curiosa y útil llamada "birrefringencia uniforme, "o doble refracción. Li dijo que esto podría permitir a los investigadores usar luz polarizada para ver exactamente dónde están las fibras alineadas, incluso si están cubiertos por células.
"Esta será una técnica importante para que nos aseguremos del orden de largo alcance de alineación de las fibras cuando estemos probando el crecimiento celular dirigido". " él dijo.
Los investigadores esperan que las fibras alineadas se puedan utilizar para aplicaciones médicas a macroescala pero con control a nanoescala sobre las estructuras.
"El autoensamblaje es básicamente la capacidad de una molécula para crear una estructura ordenada a partir del caos, y lo que I-Che ha hecho es llevar esta organización a un nuevo nivel con sus cadenas alineadas, "dijo Hartgerink, profesor de química y bioingeniería. "Con este material, estamos emocionados de ver si podemos imponer esta organización al crecimiento de las células que interactúan con ella ".
