Το Origami είναι η ιαπωνική τέχνη του πτυσσόμενου χαρτιού σε μορφές και φιγούρες και χρονολογείται από τον 6ο αιώνα. Αυτό το ειδικό και εντυπωσιακό «παιχνίδι» με το χαρτί έχει εμπνεύσει του επιστήμονες στο «UMass Lowell» Πανεπιστήμιο της Μασαχουσέτης, για το πώς να αναπτύξουν μια λύση του 21ου αιώνα για την έλλειψη δοτών ιστών και οργάνων.
Η Gulden Camci-Unal, βοηθός καθηγητή χημικής μηχανικής, και η ομάδα των φοιτητών ερευνητών σχεδιάζουν νέα βιοϋλικά που θα μπορούσαν κάποια μέρα να χρησιμοποιηθούν για την επιδιόρθωση, αντικατάσταση ή αναγέννηση του δέρματος, των οστών, των χόνδρων, των καρδιακών βαλβίδων, των καρδιακών μυών και των αιμοφόρων αγγείων. άλλες εφαρμογές.
Χρησιμοποιώντας το origami ως έμπνευση, η κα Camci-Unal και η ομάδα της πήραν ένα απλό χαρτί για να δημιουργήσουν σκαλωσιές κλίμακας σε εκατοστόμετρα, όπου τα κύτταρα μπορούν να αναπτυχθούν και στη συνέχεια να εφαρμόσουν τεχνικές μικροπαραγωγής για να δημιουργήσουν νέα βιοϋλικά γνωστά ως μιμητικά ιστών.
Όπως η ίδια αναφέρει «Το χαρτί είναι ένα χαμηλού κόστους, ευρέως διαθέσιμο και εξαιρετικά εύκαμπτο υλικό που μπορεί εύκολα να κατασκευαστεί σε τρισδιάστατες δομές διαφόρων σχημάτων, μεγεθών και διαμορφώσεων».
Η ομάδα χρησιμοποιεί χαρτί origami-διπλωμένο για την ανάπτυξη οστικών κυττάρων, που ονομάζονται οστεοβλάστες, τα οποία παράγουν το πλέγμα που παίρνει εναποτίθεται με μέταλλα για να σχηματίσουν οστά. Το χαρτί μπορεί στη συνέχεια να εμφυτευθεί για τη θεραπεία ασθενών, συμπεριλαμβανομένων αυτών που πάσχουν από βλάβη που προκαλείται από ασθένεια, εκφυλισμό ή τραύμα, ή ελαττώματα οστού όπως ακανόνιστα μεγέθη και σχήματα.
Μέχρι στιγμής, η έρευνα της ομάδας δείχνει ότι τα εμφυτεύματα είναι βιοσυμβατά, δηλαδή δεν αναμένεται να απορριφθούν από το ανοσοποιητικό σύστημα του σώματος, σύμφωνα με την κα Camci-Unal.
Η ομάδα χρησιμοποιεί επίσης την έρευνα με βάση το χαρτί για να μάθει για τη συμπεριφορά των καρκινικών κυττάρων του πνεύμονα.
«Οι βιοψίες όγκων από ασθενείς μπορούν να αναπτυχθούν στο σύστημά μας και στη συνέχεια αυτά τα κύτταρα μπορούν να εκτεθούν σε διαφορετικά φάρμακα χημειοθεραπείας ή δόσεις ακτινοβολίας για να διαπιστώσουμε ποια συγκεκριμένη θεραπεία θα λειτουργούσε καλύτερα για τον ασθενή», δήλωσε η Camci-Unal, η οποία προσχώρησε στην σχολή του UMass Lowell το 2016.
Η ερευνητική ομάδα της Camci-Unal αναπτύσσει επίσης πλατφόρμες χαμηλού κόστους, που βασίζονται σε χαρτί, για τη διάγνωση της νόσου του σημείου φροντίδας. Οι βιοαισθητήρες τους μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να καθορίσουν εάν ένας ασθενής έχει μια συγκεκριμένη ασθένεια.
Εκτός από το χαρτί, η Camci-Unal και η ομάδα της χρησιμοποιούν υδρογέλες – εύκαμπτα, σκουριασμένα υλικά που μοιάζουν με το Jell-O και κατασκευάζονται ως επί το πλείστον από νερό – σε έρευνα σχετική με ιστούς για μια ποικιλία χρήσεων, συμπεριλαμβανομένης της φροντίδας των πληγών.
«Οι φυσικές, χημικές και βιολογικές ιδιότητές τους μπορούν να προσαρμοστούν ώστε να ταιριάζουν σε διάφορες εφαρμογές ιστικής μηχανικής», ανέφερε η κα Camci-Unal. «Ωστόσο, όπως είπε, οι υδρογέλες έχουν σχετικά αδύναμες μηχανικές ιδιότητες, επομένως τείνουν να μην είναι τόσο εύκολες στη διαχείριση και το χειρισμό όταν είναι σε μεγάλα και πολύ λεπτά φύλλα».
Συνδυάζοντας υδρογέλες φορτωμένες με κύτταρα με φύλλα χαρτιού, η Camci-Unal είναι σε θέση να δημιουργήσει επαρκώς ισχυρές δομές υποστήριξης που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την τεχνική ιστών. «Άλλοι ερευνητές έχουν αναπτύξει δομές 3-D από συνθετικά υλικά όπως πολυμερή, κεραμικά και μέταλλα σε κύτταρα καλλιέργειας, αλλά τα περισσότερα από αυτά τα παραδοσιακά υλικά δεν μοιάζουν πολύ με το περιβάλλον στους φυσικούς ιστούς», εξήγησε.
«Η ομάδα μας άρχισε πρόσφατα να εμπλέκεται και στην έρευνα για την θεραπεία των πληγών. Ο απώτερος στόχος μας είναι να βελτιώσουμε την ανθρώπινη υγεία και την ποιότητα ζωής», δήλωσε η Camci-Unal.
Η Camci-Unal και τρεις από τους σπουδαστές της – οι βιολόγοι Kierra Walsh της Billerica και Xinchen Wu και Sanika Suvarnapathaki από το πανεπιστήμιο Lowell και οι σπουδαστές στη βιοϊατρική μηχανική και τη βιοτεχνολογία συζήτησαν τη χρήση χαρτοπολιτικών πλατφορμών 3-D για κυτταροκαλλιέργειες και άλλες βιοϊατρικές εφαρμογές σε άρθρο της 24ης Ιανουαρίου στο MRS Communications, ακαδημαϊκό περιοδικό που χρησιμοποιούν οι ερευνητές σε όλο τον κόσμο για την ταχεία διάδοση των ανακαλύψεων στην επιστήμη των υλικών.
