Hơi thở của mô: Các nhà khoa học Đài Loan tạo ra mực siêu xốp để in nội tạng

Hydrogel tự lắp ghép mới từ chitosan: In 3D ổn định ở nồng độ thấp kỷ lục

Các nhà khoa học tại Đại học Quốc gia Đài Loan đã phát triển một loại hydrogel động dựa trên hai dẫn xuất của chitosan — với các nhóm gallol và axit boronic. Vật liệu này hình thành một mạng lưới tự lắp ghép kép, cho phép in các cấu trúc 3D phức tạp một cách ổn định ở nồng độ chỉ 2% trọng lượng — thấp hơn nhiều lần so với hầu hết các loại mực sinh học hiện nay.

Các nhà nghiên cứu dưới sự dẫn dắt của Giáo sư Shan-hui Hsu đã tổng hợp hai loại chitosan biến tính: CG (với các nhóm gallol) và CB (với axit boronic). Khi trộn lẫn, chúng tạo thành các liên kết este borat động, bổ sung cho quá trình tự lắp ghép vật lý của từng thành phần trong dung dịch.

Các phép đo lưu biến và tán xạ tia X góc nhỏ cho thấy CG và CB riêng lẻ hình thành các cụm dạng thanh. Sự kết hợp của chúng trong hydrogel CGB tạo ra một mạng lưới fractal nhỏ gọn với trật tự tầm ngắn được tăng cường. Điều này đồng thời mang lại đặc tính shear-thinning (độ nhớt giảm khi chịu lực cắt), khả năng tự phục hồi nhanh chóng và độ bền cơ học đủ để in mà không bị sụp đổ.

Hydrogel cho thấy sự nhạy cảm với glucose: các liên kết boronate bị phá vỡ thuận nghịch khi có sự hiện diện của đường, mở ra con đường cho các cấu trúc "thông minh" phản ứng với các dấu hiệu sinh học. Đồng thời, vật liệu này vẫn hoàn toàn dựa trên chitosan — một loại polysaccharide tự nhiên với khả năng tương thích sinh học, phân hủy sinh học và đặc tính kháng khuẩn đã được chứng minh.

Tại sao điều này quan trọng đối với con người Các loại hydrogel truyền thống dùng cho in sinh học thường yêu cầu nồng độ polyme cao (5–20 wt%), điều này làm suy giảm sự khuếch tán chất dinh dưỡng và oxy đến các tế bào bên trong cấu trúc. Hydrogel CGB mới hoạt động ở mức 2 wt%, duy trì hàm lượng nước cao và độ xốp gần giống với mô thật. Điều này giúp đơn giản hóa việc tạo ra các mô hình nội tạng phức tạp, mạng lưới mạch máu, các bản sao da và mô cấy ghép.

Các ứng dụng tiềm năng:

• y học tái tạo và kỹ thuật mô;
• vận chuyển thuốc có kiểm soát theo mức độ glucose (phù hợp cho bệnh tiểu đường);
• các mô hình mô trong phòng thí nghiệm để thử nghiệm thuốc;
• băng vết thương "thông minh" phản ứng với tình trạng viêm.

Hạn chế Hiện tại, nghiên cứu mới chỉ trình diễn việc in in vitro. Độ ổn định lâu dài trong cơ thể sống, ảnh hưởng đến tế bào (độc tính tế bào, sự tăng sinh) và khả năng mở rộng quy mô in các cấu trúc lớn cần được nghiên cứu thêm. Độ nhạy với glucose rất hữu ích, nhưng có thể cần điều chỉnh chính xác cho các ứng dụng cụ thể.

Что дальше Các tác giả dự định thử nghiệm hydrogel CGB làm mực sinh học với các tế bào sống và nghiên cứu hành vi của nó trong các điều kiện mô phỏng môi trường sinh lý. Bước tiếp theo là tối ưu hóa thành phần để tăng độ bền và thêm các nhóm chức năng khác.

Hydrogel dựa trên chitosan từ lâu đã thu hút sự chú ý nhờ nguồn nguyên liệu sẵn có và tính an toàn. Mạng lưới động kép mới giải quyết vấn đề then chốt của in sinh học 3D — sự cân bằng giữa tính lưu động khi đùn và tính ổn định sau khi in. Nếu công nghệ này được mở rộng quy mô, nó có khả năng đẩy nhanh đáng kể quá trình chuyển đổi từ các nguyên mẫu trong phòng thí nghiệm sang các sản phẩm y tế thực tế.