p Usando um novo tipo de "raio de encolhimento", Os cientistas da UT Austin podem alterar a superfície de uma almofada de hidrogel em tempo real, criando ranhuras (azul) e outros padrões sem perturbar as células vivas, como este fibroblasto (vermelho) que modela o comportamento das células da pele humana. O rápido aparecimento de tais características de superfície durante o crescimento celular pode imitar as condições dinâmicas experimentadas durante o desenvolvimento e reparo do tecido (por exemplo, na cicatrização de feridas e regeneração do nervo). Crédito:Jason Shear / Universidade do Texas em Austin.
p De "Fantastic Voyage" a "Despicable Me, "Os raios de redução têm sido um marco da ficção científica na tela. Agora, os químicos da Universidade do Texas em Austin desenvolveram um raio de redução real que pode alterar o tamanho e a forma de um bloco de material semelhante a um gel enquanto células humanas ou bacterianas crescem . Esta nova ferramenta é uma promessa para pesquisadores biomédicos, incluindo aqueles que buscam esclarecer como cultivar tecidos e órgãos de reposição para implantes. p "Para entender, e no futuro engenheiro, a forma como as células respondem às propriedades físicas de seu ambiente, você quer ter materiais que são dinamicamente remodeláveis, "disse Jason B. Shear, professor de química e co-inventor da nova ferramenta.
p O trabalho foi publicado online hoje no
Jornal da American Chemical Society .
p O verdadeiro poder de encolher o material usado para fazer crescer as células - chamado de substrato - não é tanto em torná-lo menor, mas em mudar seletivamente a forma e a textura da superfície. Ao controlar precisamente quais partes do interior do material encolhem, os pesquisadores podem criar recursos 3D específicos na superfície, incluindo saliências, ranhuras e anéis. É como beliscar um tapete por baixo para formar picos e vales na superfície.
p Os pesquisadores também podem alterar a localização e as formas das características da superfície com o passar do tempo, por exemplo, transformar uma montanha em um pequeno morro ou até mesmo em um sumidouro, imitando a natureza dinâmica do ambiente em que as células normalmente vivem, crescer e se mover.
p A exposição direcionada ao novo "raio de encolhimento" reduz seletivamente as almofadas de proteínas semelhantes a gel nos cantos e na posição intermediária de um jogo da velha. Cada almofada tem o tamanho aproximado de uma célula humana. Crédito:Jason Shear / Universidade do Texas em Austin.
p O raio de encolhimento é um laser próximo ao infravermelho que pode ser focado em pontos minúsculos dentro do substrato. O substrato se parece e se comporta um pouco como um bloco de gelatina. No nível microscópico, é feito de proteínas misturadas e entrelaçadas como uma pilha de fios. Quando o laser atinge um ponto dentro do substrato, novas ligações químicas são formadas entre as proteínas, puxando-os com mais força, uma mudança que também altera a forma da superfície à medida que é puxada por baixo. Os pesquisadores examinam o laser através de uma série de pontos dentro do substrato para criar qualquer contorno de superfície desejado em qualquer lugar em relação às células-alvo.
p Ao contrário de outros métodos para alterar o substrato em células vivas, o raio de encolhimento UT Austin não aquece ou altera quimicamente a superfície, danificam células vivas ou fazem com que as células se desprendam da superfície. E permite a formação de qualquer padrão 3-D sob demanda enquanto visualiza as células em crescimento através de um microscópio.
p Os planos imediatos dos pesquisadores da UT Austin são usar a ferramenta para investigar questões científicas fundamentais que cercam o crescimento e a migração celular, esforços que poderiam permitir várias aplicações médicas futuras. Por exemplo, a abordagem pode levar a materiais e procedimentos que promovem a cicatrização de feridas ou o crescimento do nervo, ou auxiliar no crescimento e implantação de tecidos de reposição com sucesso, como válvulas da pele ou do coração.
p "Para fazer com que os tecidos cresçam em um prato que será eficaz uma vez implantado, precisamos primeiro entender, então imitar melhor o ambiente em que eles normalmente se desenvolvem em nossos próprios corpos, "disse Shear.
p Outra aplicação potencial seria na pesquisa básica sobre como a topografia de uma superfície afeta a formação de colônias de bactérias perigosas chamadas biofilmes. Biofilmes microbianos - densos, Esteiras pegajosas de bactérias que se formam em equipamentos médicos e podem levar a infecções difíceis de tratar - contribuem para infecções de origem hospitalar em até 1 milhão de pessoas nos Estados Unidos anualmente. Se os cientistas puderem entender melhor quais características topográficas impedem a formação de biofilmes, e como os recursos que mudam com o tempo podem influenciar o processo, eles podem ser capazes de desenvolver revestimentos para dispositivos biomédicos que bloqueiam sua formação e previnem infecções difíceis de tratar.
