Die Herstellung von Biomaterialien, die der Leistung von Knorpel und Sehnen entsprechen, war für Wissenschaftler ein schwer fassbares Ziel, aber ein neues Material, das in Cornell entwickelt wurde, zeigt einen vielversprechenden neuen Ansatz zur Nachahmung von natürlichem Gewebe.
Die Ergebnisse wurden am 8. Juli im veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Sciencesund bieten eine neue Strategie zur Synthese klinischer Lösungen für geschädigtes Gewebe.
Der Stoff sollte weich genug sein, um sich zu biegen und zu biegen, aber robust genug, um einer längeren Belastung standzuhalten – zum Beispiel dem Gewicht, das eine Sehne im Knie tragen muss. Wenn Gewebe abgenutzt oder beschädigt sind, haben Kollagenhydrogele und synthetische Materialien das Potenzial, als Ersatz zu dienen, aber keines von beiden allein besitzt die richtige Kombination aus biologischen und mechanischen Eigenschaften natürlicher Gewebe.
Jetzt haben Cornell-Forscher ein Biohybrid-Verbundmaterial mit den wesentlichen Eigenschaften natürlicher Stoffe entwickelt. Das Material besteht aus zwei Hauptbestandteilen: Kollagen – das dem Material seine Weichheit und Biokompatibilität verleiht – und einem synthetischen zwitterionischen Hydrogel, das positiv und negativ geladene Molekülgruppen enthält.
„Diese Ladungsgruppen interagieren mit den negativ und positiv geladenen Gruppen in Kollagen, und diese Wechselwirkung ermöglicht es den Materialien, Energie abzuleiten und ein hohes Maß an Zähigkeit zu erreichen“, sagten Lawrence Bonassar, Professor Daljit S. und Elaine Sarkaria in Biomedizintechnik. am College of Engineering und Co-Erstautor der Studie.
Das Biohybrid-Verbundmaterial erreicht annähernd die Leistung von Gelenkknorpel und anderen biologischen Geweben und besitzt 40 % mehr Elastizität und die 11-fache Bruchenergie – ein Maß für die Haltbarkeit – des zwitterionischen Materials allein.
Nikolaos Bouklas, Assistenzprofessor an der Sibley School of Mechanical and Aerospace Engineering und Co-Hauptautor der Studie, sagte, dass die Biokompatibilität des Materials bedeutet, dass es Zellen rekrutieren und am Leben erhalten kann.
„Letztendlich wollen wir etwas für die Zwecke der regenerativen Medizin schaffen, wie ein Gerüst, das einige Anfangslasten aufnehmen kann, bis sich das Gewebe vollständig regeneriert hat“, sagte Bouklas. „Mit diesem Material können Sie ein poröses Gerüst mit Zellen in 3D drucken, aus denen schließlich das eigentliche Gewebe um das Gerüst herum entstehen könnte.“
Darüber hinaus baut sich das biohybride Material selbst zusammen, sobald die beiden Inhaltsstoffe miteinander vermischt werden, sagte Bouklas, und erzeugt „dasselbe miteinander verbundene Kollagennetzwerk, das in natürlichem Knorpel zu sehen ist, das ansonsten äußerst schwierig herzustellen wäre“.
Die Forschung brachte vier Forschungslabors aus drei verschiedenen Abteilungen mit einem Startstipendium des Cornell Center for Materials Research zusammen. Das im Biohybrid-Verbundstoff verwendete Kollagen wurde bereits in Bonassars Labor entwickelt, während das zwitterionische Hydrogel von den Co-Autoren der Studie, Robert Shepherd, außerordentlicher Professor an der Sibley School, und Emmanuel Giannelis, Walter R. Read-Professor für Ingenieurwissenschaften, entwickelt wurde. im Fachbereich Werkstoffwissenschaften und Werkstofftechnik.
Die Studienautoren forschen weiter an dem Material und den molekularen Prozessen hinter seiner Synthese. Bonassar sagte, das Material sei gut geeignet für die Art von Bioprinting, die in seinem Labor entwickelt wurde, und die Autoren begannen damit zu experimentieren, es als 3D-Druckmaterial zu verwenden.
Quelle der Geschichte:
Materialien zur Verfügung gestellt von Cornell Universität. Original geschrieben von Syl Kacapy, College of Engineering, mit freundlicher Genehmigung von Cornell Chronicle. Hinweis: Inhalt kann für Stil und Länge bearbeitet werden.