Los científicos de NTU y CMU crearon una estructura de hidrogel similar a una hoja a través de un proceso similar a cómo crecen los tejidos de las hojas reales. Crédito:CMU y NTU
Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) y la Universidad Carnegie Mellon (CMU) han encontrado una manera de dirigir el crecimiento de hidrogel, una sustancia gelatinosa, para imitar la estructura y las formas de los tejidos de plantas o animales.
Los hallazgos del equipo, publicado en procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias hoy dia, sugieren nuevas aplicaciones en áreas como la ingeniería de tejidos y la robótica blanda donde se usa comúnmente el hidrogel. El equipo también ha presentado una patente en CMU y NTU.
En naturaleza, Los tejidos vegetales o animales se forman a medida que se agrega nueva biomasa a las estructuras existentes. Su forma es el resultado de que diferentes partes de esos tejidos crecen a diferentes ritmos.
Imitando este comportamiento de los tejidos biológicos en la naturaleza, el equipo de investigación formado por los científicos de CMU, Changjin Huang, David Quinn, K. Jimmy Hsia y el presidente designado de NTU, el profesor Subra Suresh, demostró que a través de la manipulación de la concentración de oxígeno, se puede modelar y controlar la tasa de crecimiento de los hidrogeles para crear las formas complejas 3-D deseadas.
El equipo descubrió que las concentraciones de oxígeno más altas ralentizan la reticulación de los productos químicos en el hidrogel, inhibiendo el crecimiento en esa área específica.
Restricciones mecánicas como alambre blando, o sustrato de vidrio que se une químicamente con el gel, también se puede utilizar para manipular el autoensamblaje y la formación de hidrogeles en estructuras complejas.
Recipiente de hidrogel autoensamblado con borde ondulado. La solución de colorante azul para alimentos se mantiene en el recipiente para demostrar su integridad estructural. Crédito:CMU y NTU
Esas estructuras de órganos tan complejas son esenciales para realizar funciones corporales especializadas. Por ejemplo, El intestino delgado de los humanos está cubierto de pliegues microscópicos conocidos como vellosidades. que aumentan la superficie del intestino para una absorción más eficiente de los nutrientes de los alimentos.
La nueva técnica difiere de los métodos anteriores que crean estructuras tridimensionales agregando / imprimiendo o restando capas de materiales. Esta tecnica, sin embargo, se basa en la polimerización continua de monómeros dentro del hidrogel poroso, similar al proceso de agrandamiento y proliferación de células vivas en tejidos orgánicos. La mayoría de los sistemas vivos adoptan un modelo de crecimiento continuo, por lo que la nueva técnica que imita este enfoque será potencialmente una herramienta poderosa para que los investigadores estudien los fenómenos de crecimiento en los sistemas vivos.
"Un mayor control del crecimiento y el autoensamblaje de hidrogeles en estructuras complejas ofrece una gama de posibilidades en los campos médico y robótico. Un campo que se beneficia es la ingeniería de tejidos, donde el objetivo es reemplazar los tejidos biológicos dañados, como en reparaciones de rodilla o en la creación de hígados artificiales, "dijo la profesora Subra Suresh, quien asumirá el cargo de presidente de la NTU el 1 de enero de 2018.
Los hidrogeles de crecimiento controlado y de estructura controlada también son útiles en el estudio y desarrollo de electrónica flexible y robótica blanda. proporcionando una mayor flexibilidad en comparación con los robots convencionales, e imitar cómo los organismos vivos se mueven y reaccionan a su entorno.
