ブラウン大学の博士が幅広い用途に使える生分解性3Dプリントハイドロゲルを開発

Antarctic Bearによると、最近、米国ブラウン大学の博士課程の学生であるトーマス・バレンティン氏とその同僚は、二価カチオンをアルギン酸溶液に溶かし、複数の種類の刺激に反応する非共有結合性ハイドロゲルを生成した。藻類の適合性のある材料を使用して一時的に秩序だった構造を作成すると、さらに複雑な構造を生成するためのテンプレートとして機能します。研究者らは、マイクロ流体チャネルを作成し、細胞の移動を誘導する分解性バリアを発見することで、このプロセスの多用途性を実証した。
▲アルギン酸ハイドロゲルに印刷されたブラウン大学のロゴ<br /> ハイドロゲルは、水分含有量が高く、架橋ネットワーク構造を持つポリマーであり、さまざまな研究分野で重要な用途があります。ハイドロゲルは、多量の水を含んでいるにもかかわらず、架橋ポリマー鎖間の強い相互作用により固体のように動作します。しかし、これらの架橋ポリマーネットワークの内部構造制御に関する理解が不足しているため、ハイドロゲルの使用は大幅に制限されてきました。

ヴァレンティン氏とその同僚は、アルギン酸塩、金属陽イオン塩、感光性光開始剤を使用してハイドロゲルを調製した。レーザー光を照射すると、感光性光開始剤によって金属塩が溶液に溶解し、遊離金属カチオンが生成されます。これらの陽イオンはポリマーに結合し、それらの間の電荷相互作用により、ポリマー鎖間のイオン架橋を促進します。ハイドロゲルの連続層は、
「ボトムアップ」架橋技術であるフォトパターニングは、3D 構造を生成するのに役立ちます。研究者らはゲルの組成を最適化した後、光ベースの3Dプリント技術を使用して、高さ1.7mm、垂直解像度250μmの階段状構造を作製した。

ポリマー間の永久的な共有結合を伴う従来の架橋経路とは対照的に、ハイドロゲルのイオン架橋は完全に可逆的であるため、必要に応じていつでもハイドロゲル材料を急速に分解することができます。この電荷相互作用は完全に可逆的であるため、イオンはキレート化を通じて金属に結合します。溶液にキレート剤を加えると、ポリマーに結合した金属カチオンが解離し、架橋とハイドロゲルネットワークが破壊される可能性があります。

新しい方法を使用することで、二次材料をアルギン酸ゲルでテンプレート化することに成功しました。アガロースは海藻由来のハイドロゲルです。アルギン酸ゲルでは、形成されたゲルの周囲にアガロースがゲル化します。キレート剤を加えるとアルギン酸ゲルの構造が劣化する可能性がありますが、アガロースゲルはこのプロセスの影響を受けないため、構造と特性は変わりません。第一著者のイアン・ウォン氏は、その準備と分解のプロセスを「レゴのブロックの組み立てのようなものだ」と表現した。ポリマーを連結して三次元構造を構築し、その後、生体適合性のある条件下で静かに分離することができます。

材料の生体適合性を活用し、アルギン酸ハイドロゲルの形成と分解を制御することで、乳房細胞における新しい細胞の移動挙動が明らかになりました。アルギン酸ハイドロゲルに形成された構造は、ネットワーク内の特定の領域への細胞の成長を空間的に制限し、その後アルギン酸が分解され、占有されていない領域が新しい細胞に利用可能になります。細胞の挙動は、最前線の細胞の移動が細胞形成の初期形状を滑らかにする役割を果たしていることを示唆しています。 2 日以内に、細胞は移動によって利用可能なすべての領域を占有し、成形および分解プロセス全体を通じて細胞生存率の大幅な低下は見られませんでした。

今後の研究では、空間分解能の向上と、機械的特性および劣化速度の制御が計画されています。 3D 成形ゲル技術の開発により、他のイオン架橋ゲルも同様の方法で成形できるようになり、さまざまな分野の研究に革命をもたらしました。

出典: Materials Science Online 詳しい情報:
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