(PhysOrg.com) -- Ingenjörer vid Duke och Harvard universitet har utvecklat en "magnetisk svamp" som efter implantation i en patient kan "pressa" ut droger, celler, eller andra medel när de passeras av en magnet.

Forskarna visar att det nya materialet - som kallas en makroporös ferrogel - kan komprimeras så mycket som 70 procent av ett applicerat magnetfält. Den reversibla kompressionen tvingar snabbt ut läkemedlen, celler, eller proteiner inbäddade i ferrogelen.

Medan porösa biomaterial idag används som ställningar för vävnadsregenerering och cellterapi, de är oftast passiva genom att läkemedlet eller cellerna vanligtvis diffunderar eller migrerar ut ur materialen. Den nya ställningen som Duke och Harvards ingenjörer har utvecklat, å andra sidan, kan styras av externa signaler för att frigöra droger och celler på kommando.

Den makroporösa ferrogelen innehåller magnetiska järnnanopartiklar, som svarar på magnetfält. Lika viktigt, forskarna sa, den nya ferrogelen har mycket större porer än befintliga ferrogeler.

"Dessa större porer tillåter oss att använda läkemedel med större molekyler som proteiner och celler, och resultera i en mycket mer betydande klämning när det finns ett magnetfält, sade Xuanhe Zhao, biträdande professor i maskinteknik och materialvetenskap vid Duke's Pratt School of Engineering. Zhao utförde mycket av arbetet medan han var postdoktor vid Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) i David Mooneys laboratorium, Robert P. Pinkas Familjeprofessor i bioteknik och en central medlem av Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering vid Harvard.
De stora porerna skapades genom att frysa ferrogelen.

"När du fryser en gel, vattnet inuti den kristalliserar och skadar en del av gelén, " sa Zhao. "Efter smältning, ett "hål" lämnas kvar. Genom att variera temperaturen och varaktigheten av frysningen, vi kan kontrollera storleken på porerna."

"Till skillnad från konventionella ställningar, vår ferrogel ger oss en hel del aktiv kontroll över vad den än ska administreras, " sa Zhao. "T.ex. vi kan variera storleken på porerna eller nivån av magnetism, beroende på hur ferrogelen bearbetas."

Resultaten av studien publicerades online i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Forskarna testade ferrogeler laddade med mänskliga och musceller i djurmodeller, och uppmuntrades av hur ferrogelen svarade på magnetisk stimulering.

"Detta är den första demonstrationen, som vi förstår det, av användningen av dessa porösa ferrogeler för kontrollerad celltillförsel, sa Mooney. "Bara allmänt, detta ger den första demonstrationen av on-demand-frisättning av celler från porösa ställningar, vilket kan leda till utbredd användning i vävnadsregenerering och andra cellterapier."

Mooney sa också att det skulle vara möjligt att placera levande celler i ferrogelerna som kan tänkas producera nya celler i flera år.

"Medan den här speciella studien fokuserade på förmågan att leverera läkemedel och celler på begäran, vi förväntar oss också att dessa ferrogeler kan ha mycket bredare tillämpningar, inklusive att fungera som ställdon och sensorer inom biomedicinska och andra områden, tack vare deras stora och snabba volymförändring under magnetism, sa Mooney.

Dessa ferrogeler är gjorda av ett biologiskt nedbrytbart ämne, så att de inte skulle behöva tas bort, sa forskarna.

Andra medlemmar i forskargruppen var Jaeyun Kim, Christine Cezar, Nathanial Huebsch, Kangwon Lee, och Kamal Bouhadir, allt från Harvard. Forskningen stöddes av National Institutes of Health, Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), Harvard, och Duke.