Инженеры создали базовый строительный блок для электроформования нановолокон
Электроспиннинг использует электрические поля для манипулирования наноразмерными и микромасштабными волокнами. Техника хорошо разработана, но требует много времени и средств. Команда из Мичиганского технологического университета придумала новый способ создания настраиваемых нановолокон для выращивания клеточных культур, которые сокращают время, затрачиваемое на удаление токсичных растворителей и химикатов.
Смита Рао, доцент кафедры биомедицинской инженерии в Мичиганском техническом институте, руководила исследованиями. Она сказала, что подход новаторский, «мы идем к этому совершенно боком», и команда сосредоточилась на оптимизации производства нановолокна с электропрядом. Нановолокна используются в качестве каркасов, состоящих из прядей и карманов, которые могут выращивать клетки.
«Нам нужен собранный, высоко выровненный каркас, на котором есть идеальные структуры и узоры, которые понравятся клеткам», — сказал Рао. «Возьмите ячейку, положите ее на пористые материалы в сравнении с эластичными материалами в сравнении с твердыми материалами, и получается, что ячейка делает разные вещи. Обычно вы используете разные материалы, чтобы получить эти разнообразные характеристики. Ячейки реагируют по-разному, когда вы кладете их на разные поверхности, поэтому мы можем сделать строительные леса, которые обеспечивают эти различные условия, сохраняя материалы одинаковыми? »
В двух словах, да. А изготовление настраиваемых каркасов удивительно просто, особенно по сравнению с кропотливыми процессами литья и добавления, обычно используемыми для изготовления каркасов, пригодных для электроспиннинга. Кроме того, команда Рао обнаружила приятный побочный эффект.
«Мы берем полимеры, затем мы помещаем их в растворы, и мы придумали эту волшебную формулу, которая работает — и затем мы должны были ее подвергнуть электроспингу», — объяснил Рао, добавив, что команда заметила что-то странное во время процесса.
«Мы увидели, что ячейки выровнены без применения чего-либо извне. Как правило, чтобы выровнять их, вы должны поместить их в электрическое поле или поместить в камеру и перемешать эшафот, чтобы заставить их выравниваться в определенном направлении, применяя внешние стрессы «, сказала она. «В основном мы берем кусочки этого леса, бросаем его в чашку для культивирования и бросаем на него клетки».
При вращении в электрическом поле — представьте себе машину для сладкой ваты — самоустанавливающиеся ячейки следуют схеме «пряди и карман» лежащих в основе нановолокон. Команда Рао, в том числе ведущий автор и кандидат наук студент Samerender Nagam Hanumantharao и студент магистратуры Carolynn Que обнаружили, что разная напряженность электрического поля приводит к разным размерам карманов. При 18 киловольтах происходит волшебство, и волокна выравниваются именно так. В 19 киловольт, маленькие карманы формы, идеально подходит для миобластов сердца. При 20 киловольтах, соты карманов расширяются в волокнах. Костные клетки предпочитают карманы, сформированные в 21 киловольт; дермальные клетки не придирчивы, но особенно как просторные комнаты, которые растут в 22 киловольта.
Команда Рао провела испытания различных полимерных смесей и обнаружила, что некоторые из наиболее распространенных материалов остаются проверенными. Их волшебная двухполимерная смесь позволила им манипулировать размером с карман из нановолокна; трехполимерная смесь сделала возможным изменение механических свойств. Полимеры включают поликапролактон (PCL), биоразлагаемый и простой в форме, и проводящий полианилин (PANI), которые вместе образуют двухполимерную смесь, которая может быть объединена с поливинилидендифторидом (PVDF).
«Поскольку полианилин является проводящим по своей природе, люди могут выбросить его в матрицу волокна, чтобы получить проводящие каркасы для клеток, таких как нейроны», — сказал Рао. «Однако никто не использовал эти материалы для манипулирования условиями процесса».
Возможность использовать одни и те же материалы для создания различных характеристик нановолокон означает исключение химических и физических переменных, которые могут испортить результаты экспериментов. Рао надеется, что по мере того, как все больше исследователей будут использовать смеси и процессы своей команды, она ускорит исследования, чтобы лучше понять нейронные механизмы, ускорить технологию заживления ран, протестировать клеточные линии и ускорить создание прототипов в биомедицинской инженерии.
«Мы пытаемся упростить процесс, чтобы ответить на очень сложный вопрос: как клетки размножаются и растут?» Рао сказал. «Это наш основной строительный блок; это Lego два на два. И вы можете строить из него все, что захотите».
