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    El material biohíbrido se comporta como el cartílago

    Descubrimiento de un nuevo material para imitar tejidos naturales

    Producir biomateriales que igualen el rendimiento del cartílago y los tendones ha sido un objetivo difícil de alcanzar para los científicos, pero un nuevo material creado en Cornell demuestra un nuevo enfoque prometedor para imitar el tejido natural.

    Estrategia innovadora para sintetizar soluciones clínicas

    Los resultados se publicaron en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias y proporcionan una nueva estrategia para sintetizar soluciones clínicas para el tejido dañado.

    Combinando colágeno y hidrogel zwitteriónico

    El tejido debe ser lo suficientemente suave para doblarse y flexionarse, pero lo suficientemente resistente para soportar una carga prolongada, por ejemplo, el peso que debe soportar un tendón de la rodilla. Cuando el tejido se desgasta o se daña, los hidrogeles de colágeno y los materiales sintéticos tienen el potencial de servir como reemplazos, pero ninguno por sí solo posee la combinación correcta de propiedades biológicas y mecánicas del tejido natural.

    Logrando propiedades biomecánicas cruciales

    Ahora, los investigadores de Cornell han diseñado un material compuesto biohíbrido con las características esenciales de un tejido natural. El material consta de dos ingredientes principales: colágeno, que le da al material su suavidad y biocompatibilidad, y un hidrogel zwitteriónico sintético, que contiene grupos moleculares cargados positiva y negativamente.

    Rendimiento equiparable al tejido natural

    "Estos grupos de carga interactúan con los grupos cargados negativa y positivamente en el colágeno, y esta interacción es lo que permite que los materiales disipen energía y alcancen altos niveles de dureza", dijo Lawrence Bonassar, Daljit S. y Elaine Sarkaria Profesor de Ingeniería Biomédica en la Facultad de Ingeniería y coautor principal del estudio.

    El compuesto biohíbrido se acerca al rendimiento del cartílago articular y otros tejidos biológicos, ya que posee un 40 por ciento más de elasticidad y 11 veces la energía de fractura (una medida de durabilidad) del material zwitteriónico por sí mismo.

    Micrografía de un material compuesto biohíbrido desarrollado en Cornell que muestra células (rojas) sembradas en los dominios fibrosos (amarillos) de colágeno. El material imita el tejido natural en su suavidad, dureza y capacidad para reclutar células y mantenerlas vivas.

    Nikolaos Bouklas, profesor asistente en la Escuela de Ingeniería Mecánica y Aeroespacial de Sibley y coautor principal del estudio, dijo que la biocompatibilidad del material significa que puede reclutar células y mantenerlas vivas.


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    Autoensamblaje y similitud con tejidos naturales

    “En última instancia, queremos crear algo con fines de medicina regenerativa, como un andamio que pueda soportar algunas cargas iniciales hasta que el tejido se regenere por completo”, dijo Bouklas. “Con este material, podría imprimir en 3D un andamio poroso con células que eventualmente podrían crear el tejido real alrededor del andamio”.

    Además, el material biohíbrido se autoensambla una vez que se mezclan los dos ingredientes, dijo Bouklas, creando "la misma red interconectada de colágeno que se ve en el cartílago natural, que de otro modo sería extremadamente difícil de producir".

    Colaboración interdisciplinaria y futuras investigaciones

    La investigación reunió a cuatro laboratorios de investigación de tres departamentos diferentes gracias a una subvención inicial del Centro de Investigación de Materiales de Cornell. El colágeno utilizado en el compuesto biohíbrido ya había estado en desarrollo en el laboratorio de Bonassar, mientras que el hidrogel zwitteriónico fue desarrollado por los coautores del estudio, Robert Shepherd, profesor asociado en la Escuela Sibley, y Emmanuel Giannelis, profesor de ingeniería Walter R. Read. en el Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales.

    Los autores del estudio continúan investigando el material y los procesos moleculares detrás de su síntesis. Bonassar dijo que el material es muy adecuado para el tipo de bioimpresión del que fue pionero en su laboratorio, y los autores han comenzado a experimentar con su uso como material de impresión 3D.

    Fuente: News Cornell. Soft tough biohybrid material performs cartilage.

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