Gli idrogel bio-kirigami si piegano da soli in forme complesse di tessuto umano

Prendere in prestito l'arte del ritaglio della carta per modellare le cellule viventi

L'ingegneria tissutale tradizionale ha spesso faticato a ricreare le intricate curve e i contorni presenti negli organi nativi. Per superare questi limiti geometrici, gli ingegneri biomedici della University of Illinois Chicago si sono rivolti al kirigami, l'antica pratica giapponese di tagliare, piegare e spiegare fogli piatti per ottenere forme tridimensionali. In un articolo che descrive questa invenzione biomedica, pubblicato sulla rivista Cell Biomaterials, il gruppo di ricerca ha dimostrato come idrogel piatti e citocompatibili possano essere programmati per deformarsi autonomamente in complesse curvature anatomiche, secondo Phys.org.

«La nostra ricerca dimostra che idrogel citocompatibili con motivo kirigami possono essere progettati per piegarsi, ripiegarsi e trasformarsi autonomamente in forme tridimensionali complesse.»

— Kaelyn L. Gasvoda, University of Illinois Chicago / Mayo Clinic

Come gli idrogel modellati eseguono la trasformazione quadridimensionale

Il cuore dell'innovazione tecnica si basa sulla biofabbricazione quadridimensionale (4D), in cui una struttura progettata cambia forma nel tempo dopo essere stata prodotta. Il gruppo ha realizzato un'impalcatura a doppia azione utilizzando derivati della gelatina e dell'alginato, un polimero naturale estratto dalle alghe, come dettagliato da Phys.org. Mediante la fotolitografia, i ricercatori hanno proiettato luce modellata sul materiale per produrre variazioni localizzate nella densità di reticolazione attraverso il foglio di idrogel.

L'espansione controllata crea curvature stabili

Questa reticolazione selettiva consente alla struttura di trasformarsi senza intervento manuale. Il bordo esterno funge da confine rigido che mantiene la propria forma senza espandersi quando viene immerso nel mezzo di coltura liquido, come riportato da Phys.org. Nel frattempo, le regioni interne si gonfiano assorbendo il fluido, spingendo il foglio piatto a piegarsi lungo il motivo kirigami e mantenendo le cellule vive e funzionali all'interno della matrice. La prima autrice Kaelyn L. Gasvoda, che ha conseguito il dottorato alla UIC prima di passare alla Mayo Clinic, ha osservato che il sistema consente un controllo prevedibile su come i tessuti si piegano in strutture come archi tracheali o vascolari.

Traslazione clinica e future sperimentazioni animali

Sviluppata nel laboratorio del professor Eben Alsberg della UIC insieme al ricercatore associato Aixiang Ding, la piattaforma getta le basi per impianti rigenerativi personalizzati e per una futura protezione brevettuale. I ricercatori sottolineano che riprodurre le curvature native è essenziale perché la funzione dei tessuti è strettamente legata all'architettura fisica. Una volta stabilita la validazione in vitro, la fase successiva della ricerca si concentra sulla valutazione dei costrutti di idrogel kirigami in modelli animali, aprendo la strada a eventuali applicazioni cliniche nella riparazione delle ferite e nella ricostruzione degli organi, secondo Phys.org.

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