(PhysOrg.com) -- En stor fråga inom regenerativ medicin är hur man mest effektivt levererar stamceller -- såväl som andra nyttiga celler, proteiner och stora molekyler -- till skadade vävnader som ryggmärgen, hjärta och hjärna.

Ett team från Northwestern University är först med att demonstrera en metod som levererar celler i samma linje som cellerna som finns i dessa vävnader, vilket kan sätta fart på ny tillväxt och läkning. Resultaten publiceras som omslagsartikel i julinumret av tidskriften Naturmaterial .

I studien, forskarna producerade centimeterlånga gel-"strängar" av inriktade nanofibrer innehållande levande celler inriktade på linjärt sätt. Dessa cellsträngar, som är flexibla, biologiskt nedbrytbar och kan göras i olika längder och bredder, kan placeras kirurgiskt på skadad vävnad, där de skulle hålla sig naturligt.

"Vi har upptäckt hur man anpassar nanoskala trådar med människans hand över långa avstånd, producera en ställning som vi kan fylla med celler, proteiner eller andra stora molekyler, sade Samuel I. Stupp, tidningens senior författare, Styrelse professor i kemi, Materialvetenskap och teknik, och medicin, och chef för Institutet för bionanoteknologi i medicin (IBNAM).

Cellerna, proteiner eller andra molekyler rör sig genom den nudelformade strängen, parallellt med strängens väggar och ungefär som fordon på en motorväg, och sprida ut ändarna till vävnaden. "Det är en mycket riktad leverans, vilket ökar chanserna till framgångsrik förnyelse, " Sa Stupp. "Vi matchar morfologin hos naturliga vävnader."

Metoden har redan visat lovande för att påskynda vävnadsregenerering. En nyligen genomförd studie, ledd av Carol Podlasek, biträdande professor i urologi vid Northwesterns Feinberg School of Medicine, visade en kritisk nerv ofta skadad under prostatakirurgi för att ta bort en cancerkörtel regenereras snabbare när ett speciellt protein levereras till nerven via Stupps nudelgel.

Stupp samarbetar med andra forskare om studier som använder nudelgelen för stamcellstillförsel. Ett projekt med H. Georg Kuhn från Centrum för Hjärnreparation i Göteborg, Sverige, kommer att fokusera på användningen av de anpassade strukturerna som motorvägar för att avleda stamceller från en del av hjärnan där de finns i överflöd till andra där de kan behövas för att bota sjukdomar, som Parkinsons sjukdom. Stupp och John A. Kessler, Ken och Ruth Davee professor i stamcellsbiologi vid Feinberg, undersöker att använda bioaktiva former av nudelgelen som en strategi för att vända förlamning vid kroniska ryggmärgsskador.

För att skapa nudelgel, Stupp och hans team börjar med aggregat av specialdesignade peptidamfifila molekyler i vatten. Uppvärmning av lösningen får dem att dyka upp i tvådimensionella platta ark suspenderade i vatten. När den svalnat, arken bryts spontant till buntar av fibrer, bildar oåterkalleligt en ovanlig flytande kristall. Forskarna blandar sedan in celler i den flytande kristallen och, med hjälp av en pipett, dra vätskan för hand över en saltlösning. Vätskan gelar omedelbart; resultatet är en sträng formad som en bit kokt spagetti och sammansatt av inriktade nanofibrer med enorma populationer av inkapslade celler.

Som en del av studien, forskarna kapslade in hjärtceller i den nudelliknande strängen och mätte de elektriska signalerna. Signalerna flödade från ena änden av strängen till den andra på millisekunder -- som en tråd, men av celler, inte metall. Detta visar potentialen för den anpassade nanofibergelen att användas för långväga signalöverföring i stora organ i kroppen.

Den här nya metoden är mindre skadlig för levande celler än befintliga metoder för att skapa anpassade fibrer över långa avstånd, som vanligtvis är beroende av elektriska eller mekaniska krafter.

Den milda kraften hos en mänsklig hand som drar den flytande kristallen över en yta riktar in fibrerna i en riktning; en saltlösning kan omedelbart frysa anpassningen innan oordning sätter in. Stupp och medförfattare Monica Olvera de la Cruz, en advokat Taylor Professor och professor i materialvetenskap och ingenjörskonst vid Northwesterns McCormick School of Engineering and Applied Science, tror att de ovanliga flytande kristallerna bildas som ett resultat av ett fenomen som de beskriver som "tvådimensionell Rayleigh-instabilitet." Den enkla inriktningen av filament i nanoskala kan också användas för att rikta in kolnanorören, som visas i studien, eller andra ledande strukturer av intresse i icke-biologiska elektroniska applikationer.