Demonstrações experimentais de formação de uma folha em forma de sela através da polimerização diferencial mediada por difusão de oxigênio de géis de poliacrilamida. Crédito:K. Jimmy Hsia
Embora saibamos o que é uma folha de árvore, uma pétala de flor, e um coração humano parece, nem sempre entendemos a questão mais profunda de como eles crescem da maneira que crescem - um processo conhecido como morfogênese. Pesquisadores da Carnegie Mellon University e da Nanyang Technological University, Cingapura (NTU Cingapura) desenvolveu uma nova técnica para a produção de géis sintéticos que pode nos dar uma pista.
Na natureza, a morfogênese do tecido do órgão ocorre através do crescimento de várias partes em taxas diferentes, frequentemente controlada pela concentração de fatores de crescimento. Uma equipe de pesquisa da Carnegie Mellon, incluindo K. Jimmy Hsia, Changjin Huang, David Quinn, e Subra Suresh (ex-presidente da Carnegie Mellon e presidente designado da NTU), utilizar polimerização inibida por oxigênio para crescer estruturas 3-D complexas de géis de poliacrilamida (PA), imitando processos naturais. Eles encontraram uma maneira de controlar a concentração de oxigênio no ambiente de cultivo e, com restrições mecânicas, permitem que os géis se auto-montem em formas complexas em um processo que pode ajudar a explicar como nossos próprios órgãos e tecidos tomam forma. As descobertas da equipe foram publicadas recentemente no Proceedings of the National Academy of Sciences .
A nova técnica difere dos métodos de engenharia anteriores, que criam estruturas 3-D adicionando ou subtraindo camadas de materiais. Esta técnica se baseia na polimerização contínua de monômeros dentro do hidrogel poroso, semelhante ao processo de aumento e proliferação de células vivas em tecidos orgânicos.
Demonstrações experimentais de formação de uma folha em forma de sela através da polimerização diferencial mediada por difusão de oxigênio de géis de poliacrilamida. Crédito:K. Jimmy Hsia
"A técnica fornece uma ferramenta potencialmente poderosa para os pesquisadores estudarem fenômenos de crescimento em sistemas vivos, "disse Hsia, professor de Engenharia Mecânica e Engenharia Biomédica, e também vice-reitor de programas e estratégia internacionais da Carnegie Mellon.
A equipe de Hsia é a primeira a usar esse processo para controlar o crescimento do gel e criar formas complexas por meio da automontagem molecular em géis de PA.
"Com a capacidade de controlar o crescimento e automontagem de hidrogéis em estruturas complexas, "disse Suresh, "Os pesquisadores podem um dia ser capazes de gerar órgãos e tecidos sintéticos para substituir tecidos biológicos doentes e danificados."
Criação de uma estrutura 3-D em forma de vaso de flores através da automontagem molecular de géis moles com restrições mecânicas. Crédito:K. Jimmy Hsia
Os pesquisadores podem usar este processo para formar diferentes formas e arquiteturas 3D de hidrogel para a engenharia de tecidos, robótica suave, e eletrônicos flexíveis.
O projeto foi financiado por uma bolsa do National Institute of Health e da Carnegie Mellon University. Carnegie Mellon e NTU registraram uma patente sobre este método.
