Μπορεί ένα φυσικό μόριο, γνωστό για τις βιολογικές του ιδιότητες, να χρησιμοποιηθεί ταυτόχρονα για την κατασκευή ενός τρισδιάστατου βιοϋλικού και για την ενίσχυση της λειτουργικότητάς του;
Μια νέα ερευνητική εργασία που δημοσιεύθηκε στο Advanced Functional Materials δείχνει ότι αυτό είναι εφικτό.
Ερευνητική ομάδα του Ιδρύματος Τεχνολογίας και Έρευνας (ΙΤΕ) ανέπτυξε μια καινοτόμο μέθοδο με την οποία η κουρκουμίνη, το φυσικό συστατικό του κουρκουμά, συμμετέχει άμεσα στη διαδικασία κατασκευής μικροσκοπικών τρισδιάστατων δομών.
Από το λέιζερ στο βιοδραστικό ικρίωμα
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική υψηλής ακρίβειας που ονομάζεται πολυφωτονική λιθογραφία (multiphoton lithography). Η τεχνική αυτή επιτρέπει τη δημιουργία πολύ μικρών και σύνθετων τρισδιάστατων δομών με τη χρήση λέιζερ.
Ως βασικό υλικό χρησιμοποιήθηκε το GelMA, ένα φωτοπολυμεριζόμενο βιοσυμβατό υλικό που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία ικριωμάτων τα οποία μιμούνται, σε κάποιο βαθμό, το περιβάλλον των κυττάρων και των ιστών.
Το ιδιαίτερο στοιχείο της μεθόδου είναι η προσθήκη κουρκουμίνης.
Η κουρκουμίνη λειτουργεί αρχικά ως φωτοευαισθητοποιητής, βοηθώντας τη διαδικασία φωτοπολυμερισμού που δημιουργεί την τρισδιάστατη δομή. Παράλληλα, όμως, παραμένει μέρος του τελικού υλικού και προσδίδει σε αυτό βιοδραστικές ιδιότητες.
Έτσι, δεν χρειάζεται να κατασκευαστεί πρώτα το 3D ικρίωμα και στη συνέχεια να γίνει ξεχωριστή διαδικασία φόρτωσης ή επικάλυψης με την κουρκουμίνη.
Η κατασκευή και η ενσωμάτωση της βιοδραστικότητας πραγματοποιούνται σε ένα μόνο βήμα.
Γιατί έχει σημασία;
Η προσέγγιση αυτή μπορεί να αλλάξει τον τρόπο με τον οποίο σχεδιάζονται ορισμένα προηγμένα βιοϋλικά.
Τα μικροκατασκευασμένα 3D ικριώματα μπορούν να σχεδιαστούν με μεγάλη ακρίβεια, ενώ ταυτόχρονα μπορούν να αποκτήσουν πρόσθετες λειτουργικές ιδιότητες.
Στη συγκεκριμένη περίπτωση, οι δομές που δημιουργήθηκαν παρουσίασαν, μεταξύ άλλων, αντιβακτηριακές και αντιρρυπαντικές ιδιότητες, ενώ διατήρησαν χαρακτηριστικά που είναι σημαντικά για βιοϊατρικές εφαρμογές, όπως η κυτταρική συμβατότητα.
Με απλά λόγια, οι ερευνητές δεν δημιούργησαν απλώς ένα μικροσκοπικό 3D «καλούπι». Δημιούργησαν ένα λειτουργικό 3D βιοϋλικό, στο οποίο η βιοδραστικότητα αποτελεί μέρος της ίδιας της διαδικασίας κατασκευής.
Από τη μικροκατασκευή στη μηχανική ιστών
Η δυνατότητα δημιουργίας σύνθετων 3D μικροδομών με ενσωματωμένες βιοδραστικές ιδιότητες ανοίγει ενδιαφέρουσες προοπτικές για την ανάπτυξη προηγμένων βιοϋλικών.
Τέτοιες δομές μπορούν να αποτελέσουν τη βάση για μελλοντικές εφαρμογές στη μηχανική ιστών, στις κυτταρικές καλλιέργειες και στον σχεδιασμό νέων βιοϊατρικών υλικών, όπου η ακριβής τρισδιάστατη αρχιτεκτονική πρέπει να συνδυάζεται με συγκεκριμένες βιολογικές λειτουργίες.
Η έρευνα πραγματοποιήθηκε στο Ινστιτούτο Ηλεκτρονικής Δομής και Λέιζερ (IESL) του ΙΤΕ, από το TERMIm Lab, με επικεφαλής τη δρα Ανθή Ρανέλλα, και το NLL Group, με επικεφαλής τη δρα Μαρία Φαρσάρη, σε συνεργασία με την ομάδα της καθηγήτριας Άννας Μητράκη στο Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών του Πανεπιστημίου Κρήτης. Η Άννα Μητράκη είναι επίσης συνεργαζόμενο μέλος ΔΕΠ του IESL.