Forskare vid Newcastle University har utvecklat ett biologiskt system som låter celler bilda en önskad form genom att forma sitt omgivande material-i första hand skapa en självböjande hornhinna.
Hornhinnan är det tydliga yttre lagret längst fram på ögonkulan.
I forskningen, en platt gelcirkel innehållande hornhinnestromala celler (stamceller) aktiverades med ett serum så att gelens kanter drar ihop sig med en annan hastighet än mitten, dra upp kanten under 5 dagar för att bilda en skålliknande krökt hornhinna.
Forskningen publiceras i Avancerade funktionella material och leddes av professor Che Connon, professor i vävnadsteknik, Newcastle University. Han säger:"För närvarande är det brist på donerade hornhinnor som har förvärrats de senaste åren, eftersom de inte kan användas från någon som har opererats med laserögon så måste vi utforska alternativ som dessa självböjda hornhinnor.
"Cellerna triggas till att bilda en komplex 3D-struktur, men eftersom detta kräver tid att inträffa, den fjärde dimensionen i denna ekvation, vi har märkt dem 4-D strukturer. "
4-D-bildningen uppnås genom innovativ användning av celler som biologiska ställdon, komponenter som får delarna att röra sig. I detta fall, cellerna själva tvingar den omgivande vävnaden att röra sig på ett förutbestämt sätt över tid.
Gelen, innefattande kollagen och inkapslade hornhinneceller, var uppdelad i två koncentriska cirklar. Bildningen av den krökta formen som har en skålliknande struktur erhölls genom att tillsätta molekyler som kallas peptidamfifiler till någon av cirklarna.
I en ring drog de aktiva cellerna gelens inre struktur (hög kontraktion), i den andra drog de dessa peptidamfifilmolekyler (låg kontraktion). Denna skillnad i kontraktion mellan de två koncentriska ringarna orsakade krökning av gelén. Detta hände eftersom cellerna föredrog att binda till peptidamfifilmolekylerna snarare gelernas inre struktur.
Professor Connon tillade:"Eftersom hela processen orkestrerades av cellerna själva, vi kan se dem som biomaskiner som bygger om dessa strukturer inifrån.
"Tekniken och förståelsen vi har utvecklat rymmer en enorm potential eftersom dessa hornhinnor visar att konstruerad vävnadsform kan styras av cellaktuatorer. Detta kan leda till att vi föreställer oss en framtid där ett sådant tillvägagångssätt kan kombineras med nyckelhålskirurgi som gör det möjligt för en kirurg att implantatvävnad i en form som sedan utvecklas till en mer komplex, funktionell form i kroppen, drivs av beteendet hos cellerna själva. "
Dr Martina Miotto, huvudförfattare på tidningen förklarade:"Detta är ett spetsexempel på det strikta förhållandet mellan form och funktion eftersom forskningen också visade att de biomekaniska och biofunktionella egenskaperna hos dessa 4-D-strukturer reproducerade egenskaperna hos den inhemska vävnaden, med odifferentierade hornhinnelimbalepitelstamceller belägna i den mjukare limbus och det differentierade epitelet som spänner över det styvare centrum av den främre hornhinnan. "
Teamet tänker ta arbetet framåt under de närmaste åren i syfte att förfina tekniken som en potentiell metod för tillverkning av hornhinnor för mänsklig transplantation.
