Demostraciones experimentales de formación de una hoja en forma de silla de montar a través de la polimerización diferencial mediada por difusión de oxígeno de geles de poliacrilamida. Crédito:K. Jimmy Hsia
Si bien sabemos lo que es una hoja de árbol, un pétalo de flor, y un corazón humano parece, no siempre entendemos la cuestión más profunda de cómo crecen de la forma en que lo hacen, un proceso conocido como morfogénesis. Investigadores de la Universidad Carnegie Mellon y la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) ha desarrollado una técnica novedosa para producir geles sintéticos que puede darnos una pista.
En naturaleza, La morfogénesis del tejido orgánico se produce a través del crecimiento de varias partes a diferentes velocidades, a menudo controlado por la concentración de factores de crecimiento. Un equipo de investigación de Carnegie Mellon, incluido K. Jimmy Hsia, Changjin Huang, David Quinn, y Subra Suresh (ex presidente de Carnegie Mellon y presidente designado de NTU), utilizar la polimerización inhibida por oxígeno para desarrollar estructuras tridimensionales complejas de geles de poliacrilamida (PA), imitando procesos naturales. Han encontrado una forma de controlar la concentración de oxígeno en el entorno de crecimiento y, con limitaciones mecánicas, permiten que los geles se autoensamblen en formas complejas en un proceso que puede ayudar a explicar cómo toman forma nuestros propios órganos y tejidos. Los hallazgos del equipo se publicaron recientemente en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias .
La nueva técnica difiere de los métodos de ingeniería anteriores, que crean estructuras 3-D agregando o restando capas de materiales. Esta técnica 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.
Demostraciones experimentales de formación de una hoja en forma de silla de montar a través de la polimerización diferencial mediada por difusión de oxígeno de geles de poliacrilamida. Crédito:K. Jimmy Hsia
"La técnica proporciona una herramienta potencialmente poderosa para que los investigadores estudien los fenómenos de crecimiento en los sistemas vivos, "dijo Hsia, profesor de Ingeniería Mecánica e Ingeniería Biomédica, y también vicerrector de estrategia y programas internacionales en Carnegie Mellon.
El equipo de Hsia es el primero en utilizar este proceso para controlar el crecimiento del gel y crear formas complejas mediante el autoensamblaje molecular en geles de PA.
"Con la capacidad de controlar el crecimiento y el autoensamblaje de hidrogeles en estructuras complejas, "dijo Suresh, "Es posible que algún día los investigadores puedan generar órganos y tejidos sintéticos para reemplazar tejidos biológicos enfermos y dañados".
Creación de una estructura tridimensional en forma de maceta mediante el autoensamblaje molecular de geles blandos con limitaciones mecánicas. Crédito:K. Jimmy Hsia
Los investigadores pueden utilizar este proceso para formar diferentes formas y arquitecturas tridimensionales de hidrogel para la ingeniería de tejidos, robótica blanda, y electrónica flexible.
El proyecto fue financiado por una subvención del Instituto Nacional de Salud y la Universidad Carnegie Mellon. Carnegie Mellon y NTU han presentado una patente sobre este método.
