Dimostrazioni sperimentali della formazione di una foglia a forma di sella attraverso la polimerizzazione differenziale mediata dalla diffusione dell'ossigeno di gel di poliacrilammide. Credito:K. Jimmy Hsia
Mentre sappiamo che foglia d'albero, un petalo di fiore, e un cuore umano sembra, non sempre comprendiamo la questione più profonda di come crescono nel modo in cui crescono, un processo noto come morfogenesi. Ricercatori della Carnegie Mellon University e della Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) ha sviluppato una nuova tecnica per produrre gel sintetici che potrebbe darci un indizio.
In natura, la morfogenesi del tessuto d'organo avviene attraverso la crescita di varie parti a velocità diverse, spesso controllato dalla concentrazione di fattori di crescita. Un team di ricerca della Carnegie Mellon, tra cui K. Jimmy Hsia, Changjin Huang, David Quinn, e Subra Suresh (ex presidente di Carnegie Mellon e presidente designato di NTU), utilizzare la polimerizzazione inibita dall'ossigeno per far crescere complesse strutture 3-D di gel di poliacrilammide (PA), imitando i processi naturali. Hanno trovato un modo per controllare la concentrazione di ossigeno nell'ambiente di crescita e, con vincoli meccanici, consentono ai gel di autoassemblarsi in forme complesse in un processo che può aiutare a spiegare come prendono forma i nostri organi e tessuti. I risultati del team sono stati recentemente pubblicati nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .
La nuova tecnica differisce dai precedenti metodi di ingegneria, che creano strutture 3D aggiungendo o sottraendo strati di materiali. Questa tecnica si basa sulla polimerizzazione continua di monomeri all'interno dell'idrogel poroso, simile al processo di allargamento e proliferazione delle cellule viventi nei tessuti organici.
Dimostrazioni sperimentali della formazione di una foglia a forma di sella attraverso la polimerizzazione differenziale mediata dalla diffusione dell'ossigeno di gel di poliacrilammide. Credito:K. Jimmy Hsia
"La tecnica fornisce uno strumento potenzialmente potente per i ricercatori per studiare i fenomeni di crescita nei sistemi viventi, " disse Hsia, professore di Ingegneria Meccanica e Ingegneria Biomedica, e anche Vice Provost for International Programs and Strategy presso Carnegie Mellon.
Il team di Hsia è il primo ad utilizzare questo processo per controllare la crescita del gel e creare forme complesse attraverso l'autoassemblaggio molecolare nei gel PA.
"Con la capacità di controllare la crescita e l'autoassemblaggio di idrogel in strutture complesse, "disse Suresh, "i ricercatori potrebbero un giorno essere in grado di generare organi e tessuti sintetici per sostituire i tessuti biologici malati e danneggiati".
Creazione di una struttura 3D a forma di vaso di fiori attraverso l'autoassemblaggio molecolare di gel morbidi con vincoli meccanici. Credito:K. Jimmy Hsia
I ricercatori possono utilizzare questo processo per formare diverse forme e architetture 3D di idrogel per l'ingegneria dei tessuti, robotica morbida, ed elettronica flessibile.
Il progetto è stato finanziato da una sovvenzione del National Institute of Health e della Carnegie Mellon University. Carnegie Mellon e NTU hanno depositato un brevetto su questo metodo.
