Los científicos de materiales de UCLA y sus colegas han desarrollado un nuevo método para fabricar biomateriales sintéticos que imitan la estructura interna. elasticidad fuerza y ​​durabilidad de los tendones y otros tejidos biológicos.

Los investigadores desarrollaron un proceso de dos vías para mejorar la fuerza de los hidrogeles existentes que podrían usarse para crear tendones artificiales. ligamentos, cartílagos que son 10 veces más resistentes que los tejidos naturales. Aunque los hidrogeles contienen principalmente agua con poco contenido de sólidos (aproximadamente un 10% de polímero), son más duraderos que el kevlar y el caucho, que son ambos 100% polímero. Este tipo de avance nunca se había logrado en polímeros cargados de agua hasta este estudio, que fue publicado recientemente en Naturaleza . Los nuevos hidrogeles también podrían proporcionar recubrimiento para dispositivos médicos implantados o portátiles para mejorar su ajuste. comodidad y rendimiento a largo plazo.

"Este trabajo muestra un camino muy prometedor hacia biomateriales artificiales que están a la par con, si no más fuerte que, tejidos biológicos naturales, "dijo el líder del estudio Ximin He, profesor asistente de ciencia e ingeniería de materiales en la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA.

Los hidrogeles son una amplia clase de materiales con estructuras interiores formadas por polímeros o geles entrecruzados. Se muestran prometedores para su uso como tejidos de reemplazo, ya sea para cerrar heridas temporalmente o como una solución a largo plazo o incluso permanente. Además, los geles pueden tener aplicaciones para robots blandos y dispositivos electrónicos portátiles.

Sin embargo, Los hidrogeles actuales no son lo suficientemente fuertes o duraderos para imitar o reemplazar los tejidos que necesitan moverse y flexionarse repetidamente mientras soportan peso. Para abordar estos problemas, El equipo dirigido por UCLA empleó una combinación de enfoques de ingeniería molecular y estructural que no se habían utilizado juntos anteriormente para fabricar hidrogeles.

Primero, los investigadores utilizaron un método llamado "fundición por congelación", un proceso de solidificación que da como resultado polímeros porosos y concentrados, similar a una esponja. Segundo, utilizaron un tratamiento de "salado" para agregar y cristalizar cadenas de polímeros en fibrillas fuertes. Los nuevos hidrogeles resultantes tienen una serie de estructuras de conexión en varias escalas diferentes, desde niveles moleculares hasta unos pocos milímetros. La jerarquía de estas múltiples estructuras, similar a la de las contrapartes biológicas, permite que el material sea más resistente y elástico.

Como lo demostró el equipo, este método versátil es altamente personalizable y podría reproducir varios tejidos blandos del cuerpo humano.

Los investigadores utilizaron alcohol polivinílico, un material ya aprobado por la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU., para hacer su prototipo de hidrogel. Probaron su durabilidad, no ver signos de deterioro después de los 30, 000 ciclos de pruebas de estiramiento. Bajo la luz el nuevo hidrogel produjo un brillo vivo, similar a los tendones reales, confirmando las micro / nano estructuras que se formaron en el gel.

Además de las aplicaciones biomédicas, el avance puede tener potencial para máquinas quirúrgicas o bioelectrónica que operan innumerables ciclos, e impresión 3-D de configuraciones previamente inalcanzables, gracias a la flexibilidad del hidrogel. De hecho, El equipo demostró que tales arquitecturas de hidrogel impresas en 3D podrían transformarse en otras formas a la espera de los cambios de temperatura. acidez o humedad. Actuando como músculos artificiales, son mucho más resistentes y podrían ejercer una gran fuerza.