ľ�ϸ���Ӱ��

Utrechtse wetenschappers hebben voor het eerst 3D-geprinte hydrogels laten krimpen, waarmee ze aanzienlijk de resolutie vergroten waarmee deze materialen geprint kunnen worden. Hydrogels worden gebruikt om cellen in te kweken of weefsels te vervangen. Door het materiaal te laten krimpen slaagden de onderzoekers erin de hydrogels een factor 10 kleiner te maken. Daarmee komen toepassingen voor ultradunne weefsels als bloedvaten en nierbuisjes een stap dichterbij. De Utrechtse wetenschappers publiceren samen met collega’s van Harvard Medical School op 9 maart hun bevindingen in Nature Communications.

“Hydrogels lijken op gelatinepudding”, vertelt gedeelde laatste auteur Tina Vermonden, universitair hoofddocent biomaterials, tissue engineering en drug delivery. “Het is heel zacht materiaal, dat voor meer dan 80 procent uit water bestaat. Lange polymeerketens op basis van aminozuren of suikers vormen het netwerk in de hydrogels en houden het materiaal bij elkaar.”

Deze hydrogels hebben brede toepassingen, in de medische wereld, maar ook bijvoorbeeld als contactlenzen. Ze komen goed overeen met weefsels in het menselijk lichaam doordat ze veel water bevatten en worden gemaakt op basis van lichaamseigen stoffen. Daardoor zijn ze geschikt zijn voor het kweken van cellen en weefsels in het lab, en het vervangen van weefsels in het lichaam. Ze hebben de potentie om weefsels als bloedvaten en nierbuisjes te vervangen.

Het maken van zulke kleine en dunne structuren is echter een grote uitdaging bij het maken van hydrogels. “Hydrogelstructuren maken we met een 3D-printer die het materiaal laagje voor laagje aanmaakt. Het is heel moeilijk om buisjes met een kleine diameter te printen”, vertelt gedeelde eerste auteur Carl Schuurmans. “Kleiner dan 100 tot 200 micrometer kunnen we met conventionele technieken niet printen.”

Krimpen

Daardoor kwamen de onderzoekers op het idee om de 3D-geprinte materialen te laten krimpen. Door het toevoegen van een vloeistof met positief geladen polymeren, gaan de negatief geladen polymeerketens bindingen aan, en verdwijnt er water uit de hydrogel. Het resultaat is dat het materiaal kleiner wordt en de printresolutie groter. Onderzoekers in Utrecht ontwikkelden de materialen en optimaliseerden het krimpproces; wetenschappers aan Harvard printen met geavanceerde technieken de hydrogels.

“In deze publicatie laten we zien dat je 3D-geprinte hydrogels kunt krimpen. Onze focus was hóe klein je materialen kunt laten worden”, zegt Vermonden. Met de krimp-techniek slaagden de onderzoekers erin buisvormige hydrogels een factor 10 kleiner te maken. Ook tonen ze aan dat er door die minuscule buisjes nog steeds vloeistoffen kunnen stromen. “Dat de hydrogels zó klein kunnen worden is verbazingwekkend”, zegt Vermonden. “Het is een technisch hoogstandje, waarbij de samenwerking essentieel was.”

Publicatie

Complexation-induced resolution enhancement of 3D printed hydrogel constructs. Nature Communications, 9 March 2020. Jiaxing Gong, Carl C.L. Schuurmans*, Anne Metje van Genderen*, Xia Cao, Wanlu Li, Feng Cheng, Jacqueline Jialu He, Arturo López, Valentin Huerta, Jennifer Manríquez, Ruiquan Li, Hongbin Li, Clément Delavaux, Shikha Sebastian, Pamela E. Capendale*, Huiming Wang, Jingwei Xie, Mengfei Yu, Rosalinde Masereeuw*, Tina Vermonden*& Yu Shrike Zhang

*Auteurs verbonden aan de Universiteit Utrecht.

Dit onderzoek is mede gefinancierd door het Future Medicines Programma (UIPS/NWO), de Nierstichting en een travel grant voor Carl Schuurmans en Anne-Metje van Genderen door Materials-Driven Regeneration Zwaartekracht-programma.