L'elettrofilatura utilizza campi elettrici per manipolare fibre su nanoscala e microscala. La tecnica è ben sviluppata ma richiede tempo e denaro. Un team della Michigan Technological University ha escogitato un nuovo modo per creare nanofibre personalizzabili per la coltivazione di colture cellulari che riducono il tempo impiegato per rimuovere solventi tossici e sostanze chimiche. Il loro lavoro è pubblicato in Materialia .

Smitha Rao, assistente professore di ingegneria biomedica presso Michigan Tech, ha condotto la ricerca. Ha detto che l'approccio è innovativo, "stiamo arrivando a questo completamente di traverso, " e il team si è concentrato sulla razionalizzazione della produzione di nanofibre elettrofilate. Le nanofibre sono utilizzate come impalcature, composto da ciocche e tasche, che possono far crescere le cellule.

"Vogliamo un assemblato, impalcatura altamente allineata che ha strutture e modelli ideali su di essa che piaceranno alle cellule, " Rao ha detto. "Prendi una cella, metterlo su materiali porosi rispetto a materiali elastici rispetto a materiali duri, e si scopre che la cellula fa cose diverse. Di solito si utilizzano materiali diversi per ottenere queste diverse caratteristiche. Le cellule rispondono in modo diverso quando le metti su superfici diverse, quindi possiamo realizzare impalcature che forniscano queste diverse condizioni mantenendo gli stessi materiali?"

In poche parole, sì. E realizzare ponteggi personalizzabili è sorprendentemente semplice, soprattutto se confrontato con i laboriosi processi di fusione e additivazione tipicamente utilizzati per produrre ponteggi adatti all'elettrofilatura. Più, La squadra di Rao ha scoperto un piacevole effetto collaterale.

"Prendiamo i polimeri, poi li mettiamo in soluzioni, e siamo arrivati ​​a questa formula magica che funziona, e poi abbiamo dovuto eseguire l'elettrospin, "Rao ha spiegato, aggiungendo che il team ha notato qualcosa di strano durante il processo.

"Abbiamo visto che le cellule si sono allineate senza che noi applicassimo nulla esternamente. In genere, per farli allineare bisogna metterli in un campo elettrico, oppure metterli in una camera e agitare l'impalcatura per costringerli ad allinearsi in una particolare direzione applicando sollecitazioni esterne, " ha detto. "Stiamo praticamente prendendo pezzi di questa impalcatura, gettandolo in una piastra di coltura e lasciando cadere le cellule su di esso."

Quando vengono filate in un campo elettrico, immaginate una macchina per zucchero filato, le cellule autoallineanti seguono lo schema di filamenti e tasche delle nanofibre sottostanti. La squadra di Rao, compreso l'autore principale e il dottorato di ricerca. lo studente Samerender Nagam Hanumantharao e la studentessa di master Carolynn Que, hanno scoperto che le diverse intensità del campo elettrico si traducono in tasche di dimensioni diverse. A 18 kilovolt, la magia accade e le fibre si allineano proprio così. A 19 kilovolt, forma di piccole tasche, ideale per mioblasti cardiaci. A 20 kilovolt, favi di tasche si espandono nelle fibre. Le cellule ossee preferiscono le tasche formate a 21 kilovolt; le cellule dermiche non sono schizzinose, ma soprattutto come le stanze spaziose che crescono a 22 kilovolt.

Il team di Rao ha testato una varietà di miscele di polimeri e ha scoperto che alcuni dei materiali più comuni rimangono collaudati. La loro magica miscela di due polimeri consente loro di manipolare le dimensioni tascabili delle nanofibre; una miscela di tre polimeri ha reso possibile la modifica delle proprietà meccaniche. I polimeri includono policaprolattone (PCL), biodegradabile e facile da modellare, e polianilina conduttiva (PANI), che insieme formavano una miscela di due polimeri, che potrebbe essere combinato con polivinilidendifluoruro (PVDF).

"Poiché la polianilina è conduttrice in natura, le persone possono gettarlo nella matrice di fibre per ottenere impalcature conduttive per cellule come i neuroni, " Rao ha detto. "Tuttavia, nessuno ha usato questi materiali per manipolare le condizioni del processo".

Poter utilizzare gli stessi materiali per creare nanofibre con caratteristiche diverse significa eliminare variabili chimiche e fisiche che possono compromettere i risultati sperimentali. Rao spera che, man mano che più ricercatori utilizzeranno le miscele e i processi del suo team, questo accelererà la ricerca per comprendere meglio i meccanismi neurali, accelerare la tecnologia di guarigione delle ferite, testare le linee cellulari e potenziare la prototipazione rapida nell'ingegneria biomedica.

"Stiamo cercando di semplificare il processo per rispondere a una domanda molto complessa:come fanno le cellule a proliferare e crescere?" ha detto Rao. "Questo è il nostro blocco di base; questo è il Lego due per due. E puoi costruire quello che vuoi da lì."