Maastrichtse onderzoekers hebben een synthetische hydrogel ontwikkeld die niet alleen de vezelachtige structuur van natuurlijke weefsels nabootst, maar ook indrukwekkende mechanische eigenschappen heeft. Daardoor kan het weefsel hoge trek- en drukspanning weerstaan. Deze baanbrekende hydrogel kan 3D bio-geprint worden met een hoge vormvastheid, een essentiële eigenschap voor het creëren van complexe en functionele weefselachtige structuren. De hydrogel is gebruikt als “bio-inkt” voor het bio-printen van menselijke mesenchymale stromale cellen. De vinding is een belangrijke stap in de richting van tissue engineering en effectievere regeneratieve geneeskunde. Het team van de Universiteit Maastricht publiceerde hun onderzoek in Advanced Materials.
- Onderzoekers van de Universiteit Maastricht hebben een synthetische hydrogel ontwikkeld die de vezelstructuur van natuurlijke weefsels nabootst.
- De hydrogel heeft indrukwekkende mechanische eigenschappen waardoor het een veelbelovende bio-ink is voor tissue engineering en regeneratieve geneeskunde.
- De biocompatibiliteit van de hydrogel geeft potentiële toepassingen in verschillende industrieën, zoals de biomedische, voedingsmiddelen-, elektronica- en cosmetica-industrie.
De technologie en chemie ontcijferen
De ontwikkeling van deze synthetische hydrogel is gebaseerd op een concept dat supramoleculaire/covalente strategie wordt genoemd. Deze methode combineert de eigenschappen van een molecuul genaamd benzeen-1,3,5-tricarboxamide (BTA) met norborneen functionele handvatten om een hydrogelator te creëren, een stof die zichzelf assembleert tot eendimensionale fibrillen. Deze zelfassemblage weerspiegelt de ingewikkelde vezelstructuur van de natuurlijke extracellulaire matrix (ECM), een complex netwerk van macromoleculen dat structurele en biochemische ondersteuning biedt aan omringende cellen.
De mechanische eigenschappen van de hydrogel, die cruciaal zijn voor de functionaliteit, worden verder versterkt door covalente intra- en intervezel crosslinks, die de crosslinking van fibrillen in collageen nabootsen. Dit resulteert in een hydrogel die bestand is tegen hoge trekspanning (tot 550%) en drukspanning (90%). Het kan ook energie afvoeren met herwinbare hysterese, wat betekent dat het kan terugkeren naar zijn oorspronkelijke staat nadat het is uitgerekt of vervormd.
De rol van bio-inkten
Bio-inkten zijn een integraal onderdeel van bio-printing en bieden de noodzakelijke structurele ondersteuning en omgeving voor celgroei en weefselvorming. Deze hydrogel dient als een geavanceerde bio-ink, met eigenschappen die 3D bio-printing met uitstekende vormgetrouwheid mogelijk maken. Shear-thinning verwijst naar het vermogen van bepaalde gels of vloeistoffen om hun viscositeit onder spanning te verlagen, waardoor ze gemakkelijker aan te brengen of te manipuleren zijn.
Deze bio-inkt is met succes gebruikt om menselijke mesenchymale stromale cel (hMSC) sferoïden te bio-printen, die vervolgens kunnen differentiëren in chondrogeen weefsel. Chondrogeen weefsel is een vorm van bindweefsel dat zich kan ontwikkelen tot kraakbeen, essentieel voor het herstel en onderhoud van gewrichtsoppervlakken. Deze demonstratie van succesvolle weefseldifferentiatie maakt de weg vrij om in de toekomst complexere en functionelere weefselachtige structuren te bio-printen.
Geneeskunde van de toekomst
Met deze hydrogel hebben de onderzoekers nieuwe mogelijkheden gecreëerd voor weefselregeneratie en het maken van implantaten, biosensoren en duurzame materialen. Op het gebied van regeneratieve geneeskunde en weefselengineering zou deze hydrogel een doorbraak kunnen betekenen. Het biedt een platform voor het creëren van levensechte nabootsingen van het ECM, waardoor dynamische interacties tussen de hydrogel en levende cellen mogelijk worden.
Deze hydrogel heeft ook een uitstekende biocompatibiliteit en ondersteunt kraakbeenspecifieke eiwitproductie. Dit betekent dat het kan interageren met het menselijk lichaam zonder een negatieve reactie te veroorzaken, een essentiële eigenschap voor elk materiaal dat bedoeld is voor medisch gebruik.
De potentiële toepassingen van deze hydrogel reiken volgens de onderzoekers verder dan het biomedische domein. Het opent nieuwe mogelijkheden voor modulair inktontwerp en het creëren van gecontroleerde structuren. De technologie zou verschillende industrieën kunnen transformeren, waaronder de voedingsmiddelenindustrie, geprinte elektronica en de cosmetische en farmaceutische industrie.
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
