Эти более долговечные гели могут найти новое применение в поставке лекарстве и разработке тканей.

Гели, которые вводятся в организм для транспортировки лекарств или клеток, восстанавливающих поврежденную ткань, обладают потенциалом для лечения множества заболеваний, включая рак. Однако они не всегда сохраняют твердую структуру после попадания в организм.

Химики из Массачусетского технологического института разработали инъецируемый гель, который реагирует на высокую температуру тела, формируя сеть укреплений, которая делает гель намного более долговечным, позволяя ему дольше функционировать.

Группа ученых во главе с доцентом химических технологий Брэдли Олсеном описала новые гели в недавнем выпуске издания Advanced Functional Materials. Ведущий автор статьи — аспирант Мэтью Глэссмен.

Олсен со студентами работали с псевдопластичными гидрогелями, которые обладают уникальной способностью переключаться между твердым и жидким состоянием. Под воздействием механического напряжения, например, когда гель выдавливается из шприца, он течет как жидкость. Но в организме гель вновь затвердевает.

Недостаток этих материалов в том, что после введения в организм они все еще уязвимы для механического воздействия. Если надавить на область введения, гель может стать жидким и утратить целостность.

«Псевдопластичность недолговечна», сказал Олсен. „Как суметь осуществить переход от недолговечного состояния, которое требуется для инъекции, к весьма долговечному, которое необходимо для длительной службы импланта?“

Группа ученых нашли ответ на этот вопрос, создав укрепляющую сеть в гелях, которая активируется сразу, как только гель нагревается до температуры тела (37 градусов по Цельсию).

Псевдопластичные гели могут изготавливаться из множества материалов, включая полимеры, такие как полиэтилен гликоль, но Олсен с коллегами сосредоточились на белковых гидрогелях, которые привлекательны тем, что относительно легко разрабатываются для продвижения биологических функций, таких как клеточная адгезия и миграция клеток.

Белковые гидрогели в исследовании состоят из свободно размещенных белков, которые связаны друг с другом соединениями между сегментами, известными как свернутые спирали, сформированные тогда, когда два или три винтовых белка скручиваются в веревочную структуру.

Ученые из Массачусетского технологического института разработали свой гидрогель так, чтобы внедрить вторую укрепляющую сеть, которая формируется, когда полимеры, приложенные к концам каждого белка, связываются вместе. При низких температурах эти полимеры растворяются в воде и потому свободно плавают в геле. Однако когда гель нагревается до температуры тела, полимеры становятся нерастворимыми и выделяются из водного раствора. Это позволяет им объединяться и формировать прочную сеть в геле, делая его намного более прочным.

Исследователи установили, что гель с такой сетью укреплений намного медленней распадается под воздействием механического напряжения и является намного более жестким.

Еще одно преимущество этих гелей состоит в том, что они могут быть настроены на распад в течение длительного времени, что может оказаться полезным для длительного выделения препарата. Теперь ученые исследуют способы контроля этой особенности и включения различных типов биологических функций в гидрогели.