Origami – den japanska konsten att vika papper till former och figurer – går tillbaka till 500-talet. På UMass Lowell, det inspirerar forskare när de utvecklar en 2000-talslösning på bristen på vävnads- och organdonatorer.

Gulden Camci-Unal, en biträdande professor i kemiteknik, och hennes team av forskarstudenter designar nya biomaterial som en dag skulle kunna användas för att reparera, ersätta eller regenerera hud, ben, brosk, hjärtklaffar, hjärtmuskel och blodkärl, och i andra applikationer.

Att använda origami som inspiration, Camci-Unal och hennes team använder vanligt papper för att skapa byggnadsställningar i centimeterskala där cellerna kan växa och tillämpar sedan mikrotillverkningstekniker för att generera nya biomaterial som kallas vävnadsmimetika.

"Papper är en låg kostnad, allmänt tillgängligt och extremt flexibelt material som enkelt kan tillverkas till tredimensionella strukturer av olika former, storlekar och konfigurationer, sa Camci-Unal.

Teamet använder origami-vikt papper för att odla benceller, kallas osteoblaster, som producerar matrisen som blir avsatt med mineraler för att bilda ben. Papperet kan sedan implanteras för att behandla patienter, inklusive de som lider av skador orsakade av sjukdom, degeneration eller trauma, eller bendefekter såsom oregelbundna storlekar och former.

Än så länge, teamets forskning visar att implantaten är biokompatibla – det vill säga, de förväntas inte avvisas av kroppens immunsystem, enligt Camci-Unal.

Teamet använder också sin pappersbaserade forskning för att lära sig om lungcancercellers beteende.

"Tumörbiopsier från patienter kan odlas i vårt system och sedan kan dessa celler exponeras för olika kemoterapiläkemedel eller stråldoser för att ta reda på vilken specifik behandling som skulle fungera bäst för patienten, sa Camci-Unal, som började på UMass Lowells fakultet 2016.

Forskargruppen Camci-Unal utvecklar också billiga, pappersbaserade plattformar för sjukdomsdiagnostik. Deras biosensorer kan användas för att avgöra om en patient har en specifik sjukdom.

Förutom papper, Camci-Unal och hennes team använder hydrogeler – flexibla, squishy material som liknar Jell-O och är tillverkade mestadels av vatten - i vävnadsrelaterad forskning för en rad olika användningsområden, inklusive sårvård.

"Deras fysiska, kemiska och biologiska egenskaper kan skräddarsys för att passa i olika vävnadstekniska tillämpningar, " sa hon. "Men, hydrogeler har relativt svaga mekaniska egenskaper, så de tenderar att inte vara lika lätta att hantera och manipulera när de är stora, mycket tunna lakan."

Genom att kombinera hydrogeler laddade med celler med pappersark, Camci-Unal kan skapa tillräckligt starka stödstrukturer som kan användas för vävnadsteknik. Andra forskare har utvecklat 3D-strukturer från syntetiska material som polymerer, keramik och metaller till odlingsceller, men de flesta av dessa traditionella material liknar inte omgivningen i inhemska vävnader, hon förklarade.

"Vårt team började nyligen engagera sig i forskning om sårläkning, för. Vårt yttersta mål är att förbättra människors hälsa och livskvalitet, sa Camci-Unal.

Camci-Unal och tre av hennes studenter – biologimajor Kierra Walsh från Billerica och Xinchen Wu och Sanika Suvarnapathaki, både av Lowell och Ph.D. studenter i biomedicinsk teknik och bioteknik – diskuterade användningen av pappersbaserade, 3D-plattformar för cellkulturer och andra biomedicinska applikationer i en artikel den 24 januari i MRS Communications , en peer-reviewed akademisk tidskrift som används av forskare över hela världen för snabb spridning av genombrott inom materialvetenskap.