Embora a textura do material polimérico seja visível a olho nu, imagens microscópicas revelam a complexidade das bolsas e fios na estrutura. Crédito:Smitha Rao / Michigan Tech
A eletrofiação usa campos elétricos para manipular fibras em nano e microescala. A técnica é bem desenvolvida, mas é demorada e cara. Uma equipe da Michigan Technological University surgiu com uma nova maneira de criar nanofibras personalizáveis para o cultivo de culturas de células, reduzindo o tempo gasto na remoção de solventes tóxicos e produtos químicos. Seu trabalho é publicado em Materialia .
Smitha Rao, professor assistente de engenharia biomédica na Michigan Tech, liderou a pesquisa. Ela disse que a abordagem é inovadora, "estamos chegando nisso completamente de lado, "e a equipe se concentrou em otimizar a produção de nanofibras por eletrofiação. As nanofibras são usadas como andaimes, feito de fios e bolsos, que pode fazer crescer células.
"Queremos um montado, andaime altamente alinhado que tem estruturas e padrões ideais que as células irão gostar, "Rao disse." Pegue um celular, colocá-lo em materiais porosos versus materiais elásticos versus materiais duros, e acontece que a célula faz coisas diferentes. Normalmente você usa materiais variados para obter essas características diversas. As células respondem de maneira diferente quando você as coloca em superfícies diferentes, então podemos fazer andaimes que forneçam essas condições diferentes, mantendo os mesmos materiais? "
Em poucas palavras, sim. E fazer scaffolds personalizáveis é surpreendentemente simples, especialmente quando comparado com os trabalhosos processos de fundição e aditivos normalmente usados para produzir andaimes adequados para eletrofiação. Mais, A equipe de Rao descobriu um efeito colateral agradável.
As células crescem de maneira diferente em diferentes tipos de superfícies. O laboratório de Smitha Rao queria ver se um único tipo de andaime poderia gerar essa diversidade. Crédito:Smitha Rao / Michigan Tech
"Pegamos os polímeros, então os colocamos em soluções, e criamos essa fórmula mágica que funciona - e então tivemos que fazer um eletrospin, "Rao explicou, acrescentando que a equipe percebeu algo estranho durante o processo.
"Vimos que as células se alinhavam sem que aplicássemos nada externamente. Normalmente, para alinhá-los, você deve colocá-los em um campo elétrico, ou colocá-los em uma câmara e agitar o andaime para forçá-los a se alinharem em uma direção específica, aplicando tensões externas, "disse ela." Estamos basicamente pegando pedaços deste andaime, jogá-lo em uma placa de cultura e soltar células sobre ele. "
Quando giradas em um campo elétrico - imagine uma máquina de algodão doce - as células autocompensadoras seguem o padrão filamento e bolso das nanofibras subjacentes. A equipe de Rao, incluindo autor principal e Ph.D. estudante Samerender Nagam Hanumantharao e estudante de mestrado Carolynn Que, descobriram que intensidades de campo elétrico variadas resultam em tamanhos de bolsos diferentes. A 18 quilovolts, a mágica acontece e as fibras se alinham exatamente assim. A 19 quilovolts, forma de pequenos bolsos, ideal para mioblastos cardíacos. A 20 quilovolts, favos de mel de bolsas se expandem nas fibras. As células ósseas preferem as bolsas formadas a 21 quilovolts; células dérmicas não são exigentes, mas especialmente como os quartos espaçosos que crescem em 22 quilovolts.
A equipe de Rao testou uma variedade de misturas de polímeros e descobriu que alguns dos materiais mais comuns continuam testados e comprovados. Sua mistura mágica de dois polímeros os permitiu manipular o tamanho do bolso da nanofibra; uma mistura de três polímeros tornou possível o ajuste das propriedades mecânicas. Os polímeros incluem policaprolactona (PCL), biodegradável e fácil de moldar, e polianilina condutora (PANI), que juntos formaram uma mistura de dois polímeros, que pode ser combinado com difluoreto de polivinilideno (PVDF).
Quando giradas em um campo elétrico - imagine uma máquina de algodão doce - as células autocompensadoras seguem o padrão filamento e bolso das nanofibras subjacentes. A equipe de Rao, incluindo o autor principal e estudante de doutorado Samerender Nagam Hanumantharao e a estudante de mestrado Carolynn Que, descobriram que intensidades de campo elétrico variadas resultam em tamanhos de bolsos diferentes. A 18 quilovolts, a mágica acontece e as fibras se alinham exatamente assim. A 19 quilovolts, forma de pequenos bolsos, ideal para mioblastos cardíacos. A 20 quilovolts, favos de mel de bolsas se expandem nas fibras. As células ósseas preferem as bolsas formadas a 21 quilovolts; células dérmicas não são exigentes, mas especialmente como os quartos espaçosos que crescem em 22 quilovolts. Crédito:Peter Zhu / Michigan Tech
"Como a polianilina é condutora na natureza, as pessoas podem jogá-lo na matriz de fibra para obter suportes condutores para células como os neurônios, "Rao disse." No entanto, ninguém usou esses materiais para manipular as condições do processo. "
Ser capaz de usar os mesmos materiais para criar diferentes características de nanofibras significa eliminar variáveis químicas e físicas que podem atrapalhar os resultados experimentais. Rao espera que à medida que mais pesquisadores usem as combinações e o processo de sua equipe, isso acelere a pesquisa para entender melhor os mecanismos neurais, acelerar a tecnologia de cicatrização de feridas, testar linhas de células e impulsionar a prototipagem rápida em engenharia biomédica.
"Estamos tentando simplificar o processo para responder a uma pergunta altamente complexa:como as células proliferam e crescem?" Disse Rao. "Este é o nosso bloco de construção básico; este é o Lego dois por dois. E você pode construir o que quiser a partir daí."
