Un grupo de ingenieros biomédicos de Rutgers, la Universidad Estatal de Nueva Jersey, ha aprovechado una combinación única de propiedades del colágeno metacrilado para demostrar su potencial como bioenlace capaz de impresión fotolitográfica simple de andamios 3D para ingeniería de tejidos y medicina regenerativa. TipoEl colágeno -I es la proteína más ubicua en el cuerpo humano. El colágeno de tipo I, el principal de los colágenos que forman fibrillas, da fuerza y estructura a muchos tejidos blandos. El colágeno de tipo I también se extrae fácilmente de los tejidos y se utiliza con frecuencia comoSustrato 2D o 3D para estudios in vitro. Su capacidad para autoensamblarse jerárquicamente en fibras fuertes y flexibles y su excelente biocompatibilidad entre especies también lo convierten en un biomaterial popular para aplicaciones en ingeniería de tejidos. Sin embargo, su estructura fibrilar de orden superior también complica el colágenoutilizar como bioenlace para impresión 3D, que de otro modo sería un enfoque cada vez más popular para medici regenerativasnordeste.
En una investigación anterior, el profesor David Shreiber y su equipo funcionalizaron residuos de lisina del colágeno tipo I con grupos de metacrilato para formar metacrilamida de colágeno o CMA. CMA conserva la naturaleza triple helicoidal del colágeno tipo I y la capacidad de autoensamblarse enfibras y un hidrogel fibrilar. CMA también es fotolábil y puede reticularse en su forma fibrosa por exposición a radicales libres iniciados por UV. Inesperadamente, CMA también demuestra termorreversibilidad; a temperaturas frías y pH fisiológico, el colágeno y CMA existen como suspensiones macroméricas deproteínas de triple hélice. Cuando la temperatura se eleva a 37 ° C, ambos forman hidrogeles fibrilares. Sin embargo, cuando la temperatura disminuye, el colágeno de tipo I permanece como un hidrogel fibrilar, mientras que el CMA se desmonta en triples hélices u oligómeros cortos y vuelve a unsuspensión. El aumento de la temperatura hace que el CMA vuelva a formar un hidrogel fibrilar. La foto-reticulación de un hidrogel de CMA elimina su termorreversibilidad.
"No esperábamos que CMA fuera termorreversible, y todavía estamos trabajando para comprender el mecanismo. Sin embargo, cuando descubrimos la termorreversibilidad, y que esta propiedad se elimina mediante la fotorreticulación, nos dimos cuenta de que esta combinación hacía de CMA un bioenlace ideal paraImpresión 3D de andamios ", dijo Kathryn Drzewiecki, una ex estudiante de posgrado en el laboratorio y ahora miembro de AIMBE en la FDA. Como se informó en la edición de diciembre de TECHNOLOGY, al exponer un hidrogel de CMA a luz ultravioleta y un fotoiniciador a través de una máscara,regiones específicas del gel pueden reticularse. Colocar ese gel espacialmente reticulado en el refrigerador "derrite en frío" las regiones no expuestas, que luego pueden enjuagarse para dejar el hidrogel reticulado con patrón.
Shreiber y su grupo demuestran la capacidad de imprimir andamios litográficamente con una resolución de 350 μm. Quizás lo más impresionante es que, con una fotomáscara impresa con una impresora láser de oficina común, pudieron imprimir andamios con características de macroescala casi idénticas a la máscara.. Los armazones podrían liofilizarse para crear esponjas a base de colágeno, que conservaran su forma cuando se rehidratan, o imprimirse al tiempo que se incluyen células disociadas en el CMA para generar armazones celulares de la forma deseada. Las células mostraron buena viabilidad y demostraron propagación yotro comportamiento fenotípico consistente con células que interactúan con andamios de hidrogel de colágeno.
"Las propiedades mecánicas ahora se aceptan como un importante regulador del comportamiento celular. Pensamos que la capacidad de ajustar espacialmente la rigidez de CMA sería una valiosa herramienta de investigación para probar cómo la rigidez de la matriz influye en el comportamiento celular en andamios 2D y dentro de un entorno 3D", dijo Shreiber." Cuando descubrimos que CMA era termorreversible, pensamos que CMA podría tener algunas aplicaciones interesantes en la encapsulación y recolección de células. La combinación de las dos propiedades realmente abre un mundo de posibilidades, incluidas aplicaciones clínicas ". Hasta ahora, Rutgers ha obtenido la licenciala tecnología CMA patentada de forma no exclusiva, y se comercializa como un sustrato de matriz sintonizable y un bioenlace. "Estamos emocionados de ver lo que otros ingenieros y científicos harán con nuestro material una vez que lo tengan en sus manos".
"Me encantaría decir que teníamos la intención de hacer CMA termorreversible", concluyó Shreiber, "pero fue un descubrimiento fortuito".
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Materiales proporcionado por Mundo científico . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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