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 structure polymère biodégradable - est fourni avec des cellules et les cellules, s'il est fourni avec les bons nutriments, puis se développer en tissu 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 4-D - des matériaux 3-D 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.

Dans un nouveau Sciences avancées étudier, les chercheurs de l'UIC, dirigé par Eben Alsberg, montrer que ces nouveaux matériaux peuvent être utilisés pour aider à développer des tissus qui ressemblent davantage 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 conditions expérimentales pour imiter ou stimuler partiellement les différents changements de forme continus que subissent les tissus en développement ou en cicatrisation, et cela peut nous permettre d'étudier la morphogenèse et également nous aider à concevoir des architectures tissulaires qui ressemblent plus étroitement aux tissus natifs, " dit Alsberg, le professeur Richard et Loan Hill de génie biomédical et l'auteur correspondant de l'article.

Le nouveau matériau est composé de différents hydrogels qui gonflent ou rétrécissent à des vitesses et des étendues différentes en réponse à l'eau ou à la concentration de calcium. En créant des motifs de superposition complexes, les chercheurs peuvent guider le matériau du conglomérat pour qu'il se plie d'une manière ou d'une autre à mesure que les couches gonflent et/ou rétrécissent.

"Nous pouvons changer la forme de ces matériaux en ajustant, par exemple, la quantité de calcium présente, " dit Alsberg, qui est aussi professeur d'orthopédie, pharmacologie et 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 aux alvéoles, les minuscules structures en forme de sac dans les poumons où les échanges gazeux ont lieu.

Non seulement les hydrogels d'Alsberg sont capables de changer leur architecture plusieurs fois, mais ils sont aussi hautement cytocompatibles, ce qui signifie qu'ils peuvent avoir incorporé des cellules et que les cellules restent vivantes, ce que de nombreux matériaux 4-D 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, " dit Aixiang Ding, associé de recherche postdoctoral à l'UIC et co-premier auteur de l'article. Oju Jeon de l'UIC, professeur-chercheur, est également co-premier auteur.