Med hjälp av DNA, små kiseldioxidpartiklar, och kolnanorör, forskare vid Karlsruhe Institute of Technology (KIT) har utvecklat nya programmerbara nanokompositer som kan skräddarsys för olika applikationer och programmeras för att brytas ned snabbt och skonsamt. För medicinska tillämpningar, de kan skapa miljöer där mänskliga stamceller kan slå sig ner och utvecklas vidare. Dessutom, de är lämpade för installation av biohybridsystem för att producera kraft, till exempel. Resultaten presenteras i Naturkommunikation och på bioRxiv-plattformen.

Stamceller odlas för grundläggande forskning och utveckling av effektiva terapier mot svåra sjukdomar, dvs. för att ersätta skadad vävnad. Dock, stamceller kommer endast att bilda frisk vävnad i en adekvat miljö. För bildandet av tredimensionella vävnadsstrukturer, Det behövs material som stödjer cellfunktioner med perfekt elasticitet. Nya programmerbara material lämpade för användning som substrat i biomedicinska applikationer har nu utvecklats av en grupp av professor Christof M. Niemeyer vid Institutet för biologiska gränssnitt, tillsammans med kollegor från Institutet för mekanisk processteknik och mekanik, Zoologiska institutet, och Institute of Functional Interfaces of KIT. Dessa material kan bland annat användas för att skapa miljöer där mänskliga stamceller kan slå sig ner och vidareutvecklas.

Som rapporterats av forskarna i Naturkommunikation , de nya materialen består av DNA, små kiseldioxidpartiklar, och kolnanorör. "Dessa kompositer produceras genom en biokemisk reaktion och deras egenskaper kan justeras genom att variera mängden av de individuella beståndsdelarna, " förklarar Christof M. Niemeyer. Dessutom, nanokompositerna kan programmeras för snabb och skonsam nedbrytning och frisättning av cellerna som odlas inuti, som sedan kan användas för ytterligare experiment.

Nya material för biohybridsystem

Enligt en annan publikation av teamet på bioRxiv biovetenskapsplattform, de nya nanokompositerna kan också användas för konstruktion av programmerbara biohybridsystem. "Användning av levande mikroorganismer integrerade i elektrokemiska anordningar är ett växande forskningsfält, " säger professor Johannes Gescher från Institute for Applied Biosciences (IAB) vid KIT, som var involverad i denna studie. "Det är möjligt att producera mikrobiella bränsleceller, mikrobiella biosensorer, eller mikrobiella bioreaktorer på detta sätt."

Biohybridsystemet som konstruerats av KIT-forskare innehåller bakterien Shewanella oneidensis. Det är exoelektrogent, vilket innebär att när det organiska ämnet bryts ned under syrebrist, en elektrisk ström produceras. När Shewanella oneidensis odlas i nanokompositer som utvecklats av KIT, den fyller matrisen för kompositen, medan den icke-exoelektrogena Escherichia coli-bakterien förblir på sin yta. Den Shewanella-innehållande kompositen förblir stabil i flera dagar. Framtida arbete kommer att inriktas på att öppna upp nya biotekniska tillämpningar av de nya materialen.