Enzymes prompt shape memory polymer to take form in medical applications / Gli enzimi sollecitano la memoria del polimero di memoria a prendere forma nelle applicazioni mediche
A new kind of shape memory polymer could have major implications for health care, claim researchers at Syracuse University’s College of Engineering and Computer Science.
SMPs change shape in response to external stimuli like temperature changes or exposure to light. Biomedical applications include the use of SMPs as cardiovascular stents because they can be one shape for surgical insertion and another once positioned in a blood vessel. The warmth of the patient’s body triggers the shape change.
Along with collaborators at Bucknell University in Pennsylvania, Syracuse University researchers have designed an SMP that can change its shape in response to exposure to enzymes and is said to be compatible with living cells. It requires no additional trigger, such as a change in temperature. Given these properties, it can respond to cellular activity like healing.
“The enzymatic sensitivity of the material allows it to respond directly to cell behaviour,” said biomedical engineering Ph.D. candidate Shelby L. Buffington. “For instance, you could place it over a wound, and as the tissue remodelled and degraded it, the SMP would slowly pull the wound closed. It could be adapted to play a role in treating infections and cancer by adjusting the material’s chemistry.”
The research team includes Buffington, Justine E. Paul, Mark M. Macios, Professor James H. Henderson and Bucknell’s Patrick T. Mather and Matthew M. Ali Ph.D. Their research, “Enzymatically triggered shape memory polymers,” has been published in Acta Biomaterialia.
The team created the material using dual electrospinning, in which a high-voltage current is applied to two needle tips pumping two separate polymer solutions. The voltage draws out the polymer fibres, and they are blended into a fibre polymer mat. The proper combination of fibres gives the material its shape memory qualities.
Detailed in their paper, the teams analysed the material’s properties, shape memory performance and cytocompatibility. Their experiments successfully demonstrated that the SMP’s original shape could be recovered through a degree of reversal, or degradation, of the shape-fixing phase.
Today, the research team is examining their shape memory polymer in cancer and macrophage cell cultures. They hope that with additional research, they will uncover practical uses for their material using lower concentrations of enzymes, produced by less extreme cellular activity.
“We anticipate that the materials we’re developing could have broad application in health care. For example, our SMPs could be used in drugs that only activate when the target cells or organ are in the desired physiological state, in scaffolds that guide tissue regeneration in response to the behaviour of the regenerating tissue itself, and in decision-making biosensors that guide patient treatment more effectively,” Henderson said. “We’re very excited to have achieved these first enzymatically responsive SMPs.”
ITALIANO
Un nuovo tipo di polimero a memoria di forma potrebbe avere importanti implicazioni per l'assistenza sanitaria, sostengono i ricercatori del College of Engineering and Computer Science della Syracuse University.
Gli SMP cambiano forma in risposta a stimoli esterni come i cambiamenti di temperatura o l'esposizione alla luce. Le applicazioni biomediche includono l'uso di SMP come stent cardiovascolari perché possono essere una forma per l'inserimento chirurgico e un'altra forma una volta posizionati in un vaso sanguigno. Il calore del corpo del paziente innesca il cambiamento di forma.
Insieme ai collaboratori della Bucknell University in Pennsylvania, i ricercatori della Syracuse University hanno progettato un SMP che può cambiare forma in risposta all'esposizione agli enzimi e si dice che sia compatibile con le cellule viventi. Non richiede alcun trigger aggiuntivo, come un cambiamento di temperatura. Date queste proprietà, può rispondere all'attività cellulare come la guarigione.
"La sensibilità enzimatica del materiale gli consente di rispondere direttamente al comportamento cellulare", ha detto il dottorato di ingegneria biomedica. candidato Shelby L. Buffington. "Ad esempio, potresti posizionarlo su una ferita, e mentre il tessuto lo ha rimodellato e degradato, l'SMP avrebbe tirato lentamente la ferita. Potrebbe essere adattato a svolgere un ruolo nel trattamento delle infezioni e del cancro regolando la chimica del materiale. "
Il gruppo di ricerca comprende Buffington, Justine E. Paul, Mark M. Macios, il professor James H. Henderson e Bucknell's Patrick T. Mather e Matthew M. Ali Ph.D. La loro ricerca, "Polimeri a memoria di forma innescata enzimaticamente", è stata pubblicata su Acta Biomaterialia.
Il gruppo ha creato il materiale utilizzando la doppia elettrofilatura, in cui una corrente ad alta tensione viene applicata a due punte dell'ago che pompano due soluzioni polimeriche separate. La tensione estrae le fibre polimeriche e esse vengono miscelate in un materassino in fibra polimerica. La giusta combinazione di fibre conferisce al materiale le sue qualità di memoria di forma.
Dettagliato nel loro articolo, i gruppi hanno analizzato le proprietà del materiale, le prestazioni della memoria di forma e la citocompatibilità. I loro esperimenti hanno dimostrato con successo che la forma originale della SMP poteva essere recuperata attraverso un grado di inversione, o degradazione, della fase di fissaggio della forma.
Oggi, il gruppo di ricerca sta esaminando il loro polimero a memoria di forma nelle colture cellulari di cancro e macrofagi. Sperano che con ulteriori ricerche scopriranno usi pratici per il loro materiale usando concentrazioni più basse di enzimi, prodotte da un'attività cellulare meno estrema.
"Prevediamo che i materiali che stiamo sviluppando potrebbero avere un'ampia applicazione nell'assistenza sanitaria. Ad esempio, i nostri SMP potrebbero essere utilizzati in farmaci che si attivano solo quando le cellule bersaglio o l'organo si trovano nello stato fisiologico desiderato, in strutture che guidano la rigenerazione del tessuto in risposta al comportamento del tessuto rigenerante stesso e nei biosensori che prendono decisioni per guidare il trattamento del paziente in modo più efficace ", ha detto Henderson. "Siamo molto entusiasti di aver raggiunto questi primi SMP enzimaticamente reattivi."
Da:
https://www.theengineer.co.uk/shape-memory-polymer/?cmpid=tenews_7529885&utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=tenews&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79
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