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.

Их работа опубликована в Materialia ( «Самосборка трехмерных наноструктур в электроформованных поликапролактон-полианилиновых волокнах и их применение в качестве каркасов для тканевой инженерии» ).

Электроформованные полимерные волокна

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 сконцентрировалась на рационализации 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, наденьте ее на пористые материалы, эластичные материалы или твердые материалы, и получается, что ячейка делает разные вещи. Обычно вы используете различные материалы, чтобы получить эти разнообразные характеристики. Ячейки реагируют по-разному, когда вы кладете их на разные поверхности, поэтому можем ли мы изготовить каркасы, которые обеспечивают эти разные условия, сохраняя материалы одинаковыми? »

Пряди и карманы из нановолокна

В двух словах, изготовление настраиваемых каркасов удивительно просто, особенно по сравнению с трудоемкими 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 камеры выровнены без какого-либо внешнего воздействия. Как правило, чтобы выровнять их, вы должны поместить их в электрическое поле или поместить их в камеру и перемешать эшафот, чтобы заставить их выравниваться в определенном направлении, применяя внешние напряжения », – 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 аспирант Самерендер Нагам Ханумантхарао и магистр Каролин Ку, 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.

Многожильные нановолокна

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?», – сказал Рао. «Это наш основной строительный блок; это два на два лего. И ты можешь строить там все, что захочешь.