Producir biomateriales que coincidan con el rendimiento del cartílago y los tendones ha sido un objetivo difícil de alcanzar para los científicos, pero un nuevo material creado en Cornell demuestra un nuevo enfoque prometedor para imitar el tejido natural.

Los resultados se publicaron el 8 de julio en Proceedings of the National Academy of Sciences. y proporcionar una nueva estrategia para sintetizar soluciones clínicas para el tejido dañado.

El tejido debe ser lo suficientemente suave para doblarse y flexionarse, pero lo suficientemente resistente para soportar una carga prolongada, por ejemplo, el peso que debe soportar un tendón de la rodilla. Cuando el tejido se desgasta o se daña, los hidrogeles de colágeno y los materiales sintéticos tienen el potencial de servir como reemplazos, pero ninguno de ellos por sí solo posee la combinación adecuada de propiedades biológicas y mecánicas del tejido natural.

Ahora, los investigadores de Cornell han diseñado un material compuesto biohíbrido con las características esenciales de un tejido natural. El material consta de dos ingredientes principales:colágeno, que le da al material su suavidad y biocompatibilidad, y un hidrogel zwitteriónico sintético, que contiene grupos moleculares cargados positiva y negativamente.

"Estos grupos de carga interactúan con los grupos cargados negativa y positivamente en el colágeno, y esta interacción es lo que permite que los materiales disipen energía y alcancen altos niveles de dureza", dijo Lawrence Bonassar, Daljit S. y Elaine Sarkaria Profesor de Ingeniería Biomédica. en la Facultad de Ingeniería y coautor principal del estudio.

El compuesto biohíbrido se aproxima al rendimiento del cartílago articular y otros tejidos biológicos, ya que posee un 40 % más de elasticidad y 11 veces la energía de fractura (una medida de durabilidad) del material zwitteriónico por sí mismo.

Nikolaos Bouklas, profesor asistente en la Escuela Sibley de Ingeniería Aeroespacial y Mecánica y coautor principal del estudio, dijo que la biocompatibilidad del material significa que puede reclutar células y mantenerlas con vida.

"En última instancia, queremos crear algo con fines de medicina regenerativa, como un andamio que pueda soportar algunas cargas iniciales hasta que el tejido se regenere por completo", dijo Bouklas. "Con este material, podrías imprimir en 3D un andamio poroso con células que eventualmente podrían crear el tejido real alrededor del andamio".

Además, el material biohíbrido se autoensambla una vez que se mezclan los dos ingredientes, dijo Bouklas, creando "la misma red interconectada de colágeno que se ve en el cartílago natural, que de otro modo sería extremadamente difícil de producir".

La investigación reunió a cuatro laboratorios de investigación de tres departamentos diferentes. El colágeno utilizado en el compuesto biohíbrido ya había estado en desarrollo en el laboratorio de Bonassar, mientras que el hidrogel zwitteriónico fue desarrollado por los coautores del estudio, Robert Shepherd, profesor asociado en la Escuela Sibley, y Emmanuel Giannelis, profesor de ingeniería Walter R. Read. en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.

Los autores del estudio continúan investigando el material y los procesos moleculares detrás de su síntesis. Bonassar dijo que el material es muy adecuado para el tipo de bioimpresión del que fue pionero en su laboratorio, y los autores han comenzado a experimentar con su uso como material de impresión 3D. + Explora más

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