Neues Biomaterial kombiniert Flüssigkristalle und Hydrogel zu gewebsähnlichen Eigenschaften

Wissenschaftler stehen vor der Herausforderung, nach Wegen zu suchen, um gewebeähnliche Materialien für die medizinische Forschung und den klinischen Einsatz herzustellen. Mit verschiedenen Arten von Hydrogel wurden große Fortschritte gemacht, da sie die biegsamen, wässrigen Habitate von biologischen Zellen replizieren können, ihnen fehlt jedoch die mechanische Struktur von Weichgewebe.
Das neue flüssigkristalline Hydrogel - hier in einem trockenen Zustand dargestellt - sollte die Entwicklung von Biomaterialien ermöglichen, die mit Körperflüssigkeiten interagieren, so die Autoren.
Bildnachweis: Syracuse University

Jetzt beschreibt eine Studie der Syracuse University in New York, wie es möglich ist, die Eigenschaften von Hydrogelen mit denen von Flüssigkristallen zu kombinieren, um neue medizinische Materialien herzustellen, die die gleichen mechanischen Eigenschaften wie die Weichgewebe des Körpers haben.

Die Forscher berichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift für Polymerwissenschaften B: Polymerphysik.

Hydrogele - Polymerketten, die Wasser absorbieren können - werden zunehmend als Biomaterialien verwendet, weil sie flüssigkeitsähnlich und wasserliebend sind und elastische Eigenschaften haben können. Zum Beispiel werden sie auf Wundreparatur untersucht.

Flüssigkristalle sind flüssig, behalten aber auch eine Kristallstruktur - so verlieren sie ihre 3D-Form nicht. Da sie jedoch alleine nicht wasserliebend sind, eignen sie sich nicht gut für die Verwendung von Biomaterialien im Körper.

Wissenschaftler experimentierten mit Biomaterialien, die die Eigenschaften von Hydrogelen mit denen von Flüssigkristallen kombinieren. Solche Materialien könnten wichtige Anwendungen haben, weil sie ihre Form behalten und Gewebe so gut nachahmen, dass sie nicht als ein Fremdkörper angesehen werden.

Aber es gibt viele Herausforderungen bei der Herstellung solcher medizinischer Materialien. Zum Beispiel macht die Zugabe des Hydrogels zu den Flüssigkristallen sie wasserliebend; es kann auch die strukturelle Ordnung ihrer Kristallinität zerstören.

"Eine Vielzahl von Biomaterialien, die mit Körperflüssigkeiten im hydratisierten Zustand interagieren"

Die neue Studie beschreibt jedoch ein Verfahren, das ein Polymer erzeugt, das elastisch und weich ist, mit Wasser aufquellen kann und das Formgedächtnis als Reaktion auf Wärme und Wasser beibehält.

Der leitende Autor Pat Mather, Professor an der Abteilung für Biomedizinische und Chemische Technik, sagt:

"Es ist ein Balanceakt, nicht zu viele wasserliebende Gruppen im Polymer zu haben und diese mit anderen Chemikalien im Polymer auszugleichen, die die Struktur fördern."

Er und sein Co-Autor Amir Torbati - der während seines Studiums in Mathers Laboratorium an dem Studium gearbeitet hat und heute Postdoktorand an der Universität von Colorado-Denver ist - kommen zu dem Schluss, dass der von ihnen beschriebene Prozess das "zukünftige Design von Materialien oder Geräte für eine Vielzahl von Anwendungen wie Biomaterialien, die mit Körperflüssigkeiten in einem hydratisierten Zustand interagieren. "

Die Studie folgt einem anderen Medizinische Nachrichten heute erfuhr im September 2015, als Wissenschaftler an der Universität von Illinois in Urbana-Champagne synthetisches Tumorgewebe mit Hydrogelen entwickelten. Ihr Ziel ist es, schnell realitätsnahe Tumorumgebungen zu schaffen, um zu untersuchen, wie Krebs wächst und sich verhält.

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