Células objetivo de investigadores para ingeniería de tejidos
Cultivo celular con gelatina y óxido de grafeno reducido. El sistema desarrollado por NRL permite la impresión bajo demanda de patrones elaborados para la manipulación química y electrónica directa de las células, como el logotipo de NRL plateado eléctricamente conductor impreso que se muestra aquí. La tecnología es simple y económica, y eventualmente se puede usar para diseñar vendajes avanzados para heridas y dispositivos de monitoreo. Izquierda: imagen de campo claro, Derecha: tinción fluorescente de células vivas. (Foto proporcionada por la División de Química de NRL). Crédito: Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU.
Los investigadores del Laboratorio de Investigación Naval de EE. UU. en la División Química aplican su conocimiento de biología junto con materiales para mejorar la comprensión de cómo las células y los tejidos se organizan y aplican nuevos métodos para afectar la comunicación celular.
La comprensión avanzada en este campo puede hacer posible el desarrollo de tecnología portátil con capacidad de monitoreo de heridas en tiempo real.
«Nuestro trabajo tiene aplicaciones para una serie de desafíos importantes del Departamento de Defensa, incluida la mejora de la cicatrización de heridas , interfaz bioelectrónica y comunicación intercelular de la respuesta al estrés», dijo Keith Whitener, Ph.D., químico investigador de la División Química de NRL. «Actualmente estamos trabajando en capacidades para mejorar el control de heridas para marineros e infantes de marina en el campo».
La ayuda médica avanzada a menudo no está disponible para los combatientes expedicionarios y aislados, e incluso las heridas menores pueden infectarse y escalar rápidamente a una situación que amenaza la vida. El control y el tratamiento mejorados de las heridas ayudarán a los combatientes heridos a recibir la atención médica que necesitan para garantizar su supervivencia y resiliencia.
Los investigadores construyen dispositivos basados en grafeno llamados Estructuras químicas activas transferibles (TACS) para entregar información a las células individuales. y pequeños grupos de células, ya sea electrónica o bioquímicamente, para aclarar y controlar cómo las células se comunican entre sí.
Las células madre de un solo tipo tienen la capacidad de convertirse en tejidos y órganos con muchos tipos diferentes de células , y los investigadores están creando herramientas para ayudar a determinar cómo ocurre este fenómeno.
Christopher So, Ph.D., un científico de investigación de materiales de la División Química de NRL, desarrolla biomateriales a granel como gelatina o péptidos de unión a superficies para interconectar el óxido de grafeno y las células madre como adhesivos biocompatibles. Dado que las células deben permanecer en cultivo líquido para seguir vivas, el equipo necesitaba desarrollar un material que pudiera unir el TACS a las células bajo el agua.
«Desarrollar biomateriales que se adhieran a la membrana del TACS bajo el agua fue un desafío, ya que la gelatina es bastante hidrófila», dijo So. «Nuestro equipo desarrolló métodos para procesar el material de modo que hubiera menos agua en la interfaz, lo que proporciona interacciones más fuertes entre el gel y la membrana. La adhesión bajo el agua es un problema persistente para la Armada, y los métodos para adherir componentes electrónicos bajo el agua podrían conducir a una nueva biodetección. aplicaciones».
Los materiales de grafeno suelen ser tóxicos y dañan las células, y la adición de gelatina es una forma sencilla de proteger las células del óxido de grafeno al tiempo que proporciona un entorno biocompatible. Además, So diseña y produce materiales genéticos para ser entregados a las células, que llevan instrucciones para la diferenciación de células madre.
El control espacial sobre las poblaciones celulares es importante para manipular e integrar los sistemas vivos que se utilizan en la ingeniería biológica avanzada.
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El equipo desarrolló técnicas para transferir materiales de película delgada a base de grafeno de una manera biocompatible para interconectar varios materiales directamente con células vivas sin sacrificar la viabilidad.
«Usamos óxido de grafeno parcialmente reducido para materiales de impresión y transferencia, incluidas estructuras metálicas, colorantes celulares fluorescentes y copolímeros de bloque de fase separada para células madre mesenquimales», dijo Whitener. «Descubrimos que nuestras membranas de óxido de grafeno son impermeables a la mayoría de las moléculas, y estamos explotando esta impermeabilidad para usar estas membranas como máscaras celulares para la entrega de estímulos moleculares con patrones espaciales en las células».
El equipo también fue pionero en los materiales transferibles fotolitografía en grafeno para permitir un patrón más preciso de la entrega de moléculas, así como patrones de cocultivo.
«Esta técnica nos permite aplicar la precisión de la micro y nanofabricación al desordenado mundo de las células vivas, «, dijo Whitener.
Dhanya Haridas, Ph.D., bióloga investigadora de la División de Química de NRL, brinda la experiencia en eucariotas necesaria para este proyecto. Haridas administra los requisitos de la línea celular y analiza el comportamiento celular en las diversas condiciones exploradas en el programa.
«TACS es un excelente ejemplo de un programa que aprovecha los hallazgos en el campo de la química para investigar y comprender mejor los procesos biológicos. que sirven mejor para abordar las diversas necesidades de la Marina», dijo Haridas. «Estamos en el proceso de desarrollar técnicas que allanarán el camino para la decodificación de la comunicación de célula a célula hasta una sola célula con aplicaciones en el campo de la cicatrización de heridas y el estrés celular».
La Química La división lleva a cabo investigación y desarrollo básicos y aplicados para abordar las necesidades críticas de la Marina y avanzar en las fronteras de la ciencia física, química, biológica y de materiales, así como en la nanociencia. La investigación va desde el laboratorio hasta experimentos y demostraciones a escala intermedia y real.
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El avance de la barrera invisible es una bendición para la electrónica, las obras de arte y más. Proporcionado por el Laboratorio de Investigación Naval. de https://medicalxpress.com/news/2022-01-cells-tissue.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.