Aunque la textura del material polimérico es visible a simple vista, Las imágenes microscópicas revelan la complejidad de los bolsillos y hebras de la estructura. Crédito:Smitha Rao / Michigan Tech
El electrohilado utiliza campos eléctricos para manipular fibras a nanoescala y microescala. La técnica está bien desarrollada pero requiere mucho tiempo y es costosa. Un equipo de la Universidad Tecnológica de Michigan ideó una nueva forma de crear nanofibras personalizables para cultivos celulares en crecimiento que reduce el tiempo dedicado a eliminar disolventes y productos químicos tóxicos. Su trabajo se publica en Materialia .
Smitha Rao, profesor asistente de ingeniería biomédica en Michigan Tech, dirigió la investigación. Ella dijo que el enfoque es innovador, "estamos llegando a esto completamente de lado, "y el equipo se centró en optimizar la producción de nanofibras electrohiladas. Las nanofibras se utilizan como andamios, formado por hebras y bolsillos, que puede hacer crecer células.
"Queremos un ensamblado, andamio altamente alineado que tiene estructuras y patrones ideales que agradarán a las células, "Rao dijo." Toma un celular, ponerlo en materiales porosos versus materiales elásticos versus materiales duros, y resulta que la célula hace cosas diferentes. Por lo general, utiliza materiales variados para obtener estas características diversas. Las células responden de manera diferente cuando las colocas en diferentes superficies, entonces, ¿podemos hacer andamios que proporcionen estas diferentes condiciones manteniendo los mismos materiales? "
En una palabra, si. Y hacer andamios personalizables es sorprendentemente simple, especialmente cuando se compara con los laboriosos procesos de fundición y aditivos que se utilizan típicamente para producir andamios adecuados para electrohilado. Más, El equipo de Rao descubrió un efecto secundario agradable.
Las células crecen de manera diferente en diferentes tipos de superficies. El laboratorio de Smitha Rao quería ver si un solo tipo de andamio podía generar esta diversidad. Crédito:Smitha Rao / Michigan Tech
"Tomamos los polímeros, luego los ponemos en soluciones, y se nos ocurrió esta fórmula mágica que funciona, y luego tuvimos que aplicar electrospin, "Rao explicó, agregando que el equipo notó algo extraño durante el proceso.
"Vimos que las celdas se alineaban sin que aplicamos nada externamente. Por lo general, para alinearlos hay que ponerlos en un campo eléctrico, o ponerlos en una cámara y agitar el andamio para obligarlos a alinearse en una dirección particular aplicando tensiones externas, ", dijo." Básicamente, estamos tomando piezas de este andamio, arrojándolo en una placa de cultivo y dejando caer células sobre él ".
Cuando se hace girar en un campo eléctrico, imagine una máquina de algodón de azúcar, las células autoalineables siguen el patrón de hebras y bolsas de las nanofibras subyacentes. El equipo de Rao, incluido el autor principal y el Ph.D. estudiante Samerender Nagam Hanumantharao y estudiante de maestría Carolynn Que, encontró que las diferentes intensidades de campo eléctrico dan como resultado diferentes tamaños de bolsillo. A 18 kilovoltios, la magia ocurre y las fibras se alinean así. A 19 kilovoltios, se forman pequeños bolsillos, ideal para mioblastos cardíacos. A 20 kilovoltios, los panales de bolsas se expanden en las fibras. Las células óseas prefieren las bolsas formadas a 21 kilovoltios; las células dérmicas no son quisquillosas, pero sobre todo como las espaciosas habitaciones que crecen a 22 kilovoltios.
El equipo de Rao probó una variedad de mezclas de polímeros y descubrió que algunos de los materiales más comunes siguen siendo probados y verdaderos. Su mezcla mágica de dos polímeros les permitió manipular el tamaño de bolsillo de nanofibras; una mezcla de tres polímeros hizo posible ajustar las propiedades mecánicas. Los polímeros incluyen policaprolactona (PCL), biodegradable y fácil de moldear, y polianilina conductora (PANI), que juntos formaron una mezcla de dos polímeros, que podría combinarse con difluoruro de polivinilideno (PVDF).
Cuando se hace girar en un campo eléctrico, imagina una máquina de algodón de azúcar, las células autoalineables siguen el patrón de hebra y bolsillo de las nanofibras subyacentes. El equipo de Rao, incluido el autor principal y estudiante de doctorado Samerender Nagam Hanumantharao y la estudiante de maestría Carolynn Que, encontró que las diferentes intensidades de campo eléctrico dan como resultado diferentes tamaños de bolsillo. A 18 kilovoltios, la magia ocurre y las fibras se alinean así. A 19 kilovoltios, se forman pequeños bolsillos, ideal para mioblastos cardíacos. A 20 kilovoltios, los panales de bolsas se expanden en las fibras. Las células óseas prefieren las bolsas formadas a 21 kilovoltios; las células dérmicas no son quisquillosas, pero sobre todo como las espaciosas habitaciones que crecen a 22 kilovoltios. Crédito:Peter Zhu / Michigan Tech
"Debido a que la polianilina es conductora en la naturaleza, las personas pueden arrojarlo a la matriz de fibra para obtener andamios conductores para células como las neuronas, "Dijo Rao." Sin embargo, nadie ha utilizado estos materiales para manipular las condiciones del proceso ".
Ser capaz de utilizar los mismos materiales para crear diferentes características de nanofibras significa eliminar las variables químicas y físicas que pueden alterar los resultados experimentales. Rao espera que a medida que más investigadores utilicen las mezclas y el proceso de su equipo, se acelerará la investigación para comprender mejor los mecanismos neuronales, acelerar la tecnología de cicatrización de heridas, probar líneas celulares e impulsar la creación rápida de prototipos en ingeniería biomédica.
"Estamos tratando de simplificar el proceso para responder a una pregunta muy compleja:¿cómo proliferan y crecen las células?" Dijo Rao. "Este es nuestro bloque de construcción básico; este es el Lego de dos por dos. Y puedes construir lo que quieras a partir de ahí".
