L’ingénierie tissulaire a longtemps dépendu d’échafaudages géométriquement statiques ensemencés de cellules en laboratoire pour créer de nouveaux tissus et même des organes. Le matériau d’échafaudage – généralement une composition polymère biodégradable – est fourni avec des cellules et les cellules, si elles contiennent les bons nutriments, se transforment en tissu au fur et à mesure que l’échafaudage sous-jacent se biodégrade. Mais ce modèle ignore les processus morphologiques extraordinairement dynamiques qui sous-tendent le développement naturel des tissus.



Maintenant, des chercheurs de l’Université de l’Illinois à Chicago ont développé de nouveaux hydrogels 4D – des matériaux 3D qui ont la capacité de changer de forme au fil du temps en réponse à des stimuli – qui peuvent se transformer plusieurs fois de manière préprogrammée ou à la demande en réponse à des signaux de déclenchement.

Les matériaux de bio-ingénierie 4D se plient, se courbent comme un tissu naturel

Dans une nouvelle étude Sophisticated Science, les chercheurs de l’UIC, dirigés par Eben Alsberg, montrent que ces nouveaux matériaux peuvent être utilisés pour aider à développer des tissus qui ressemblent as well as étroitement à leurs homologues naturels, qui sont soumis à des forces qui entraînent le mouvement lors de leur formation.



« Les hydrogels peuvent être programmés ou induits pour subir de multiples changements de forme contrôlables au fil du temps. Cette stratégie crée des ailments expérimentales pour imiter partiellement ou stimuler les changements de forme différents continus que subissent les tissus en développement ou en guérison, et elle peut nous permettre d’étudier la morphogenèse et également nous aider concevoir des architectures de tissus qui ressemblent furthermore étroitement aux tissus natifs « , a déclaré Alsberg, professeur Richard et Financial loan Hill de génie biomédical et auteur correspondant de l’article.

Le nouveau matériau est composé de différents hydrogels qui gonflent ou rétrécissent à des taux et à des degrés différents en réponse à l’eau ou à la focus de calcium. En créant des motifs de couches complexes, les chercheurs peuvent guider le matériau conglomérat pour qu’il se plie d’une manière ou d’une autre lorsque les couches gonflent et / ou rétrécissent.

« Nous pouvons changer la forme de ces matériaux en ajustant, par exemple, la quantité de calcium présente », a déclaré Alsberg, qui est également professeur d’orthopédie, de pharmacologie et de génie mécanique et industriel à l’UIC.

Dans leurs expériences, les chercheurs ont pu provoquer la formation de l’hydrogel en poches de forme similaire à celle des alvéoles, les minuscules constructions en forme de sac dans le poumon où les échanges gazeux ont lieu.

Non seulement les hydrogels d’Alsberg sont capables de changer leur architecture plusieurs fois, mais ils sont également hautement cytocompatibles, ce qui signifie qu’ils peuvent avoir incorporé des cellules et que les cellules restent vivantes – ce que de nombreux matériaux 4D existants sont incapables de faire.

« Nous sommes vraiment impatients de repousser les limites de ce que nos systèmes d’hydrogel uniques peuvent faire en termes d’ingénierie tissulaire », a déclaré Aixiang Ding, associé de recherche postdoctorale à l’UIC et co-leading auteur de l’article. Oju Jeon de l’UIC, professeur-chercheur, est également co-leading auteur.