Programmeerbare DNA-hydrogels voor geavanceerde celkweek en gepersonaliseerde geneeskunde

In vitro kweken van biologische cellen speelt een belangrijke rol bij het bevorderen van biologisch onderzoek. De momenteel verkrijgbare celkweekmaterialen hebben echter aanzienlijke nadelen. Velen van hen zijn afgeleid van dierlijke bronnen, wat leidt tot een slechte reproduceerbaarheid en het moeilijk maakt om hun mechanische eigenschappen te verfijnen. Daarom is er dringend behoefte aan nieuwe benaderingen om zachte en biocompatibele materialen met voorspelbare eigenschappen te creëren.

Het team van Dr. Elisha Krieg van het Leibniz Institute of Polymer Research Dresden heeft een dynamische DNA-gecrosslinkte matrix (DyNAtrix) ontwikkeld door klassieke synthetische polymeren te combineren met programmeerbare DNA-crosslinkers. De zeer specifieke en voorspelbare binding van DNA geeft onderzoekers ongeëvenaarde controle over de belangrijkste mechanische eigenschappen van het materiaal.

Gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie op 7 augustus laat hun onderzoek zien hoe DyNAtrix systematische controle over zijn visco-elastische, thermodynamische en kinetische kenmerken mogelijk maakt door simpelweg de informatie over de DNA-sequentie te veranderen. Door de voorspelbare stabiliteit van DNA-verknopingen kunnen de stress-ontspanningseigenschappen rationeel worden afgestemd, waarbij de kenmerken van levend weefsel worden nagebootst.

DyNAtrix is ​​zelfherstellend, printbaar en vertoont een hoge stabiliteit en beheersbare degradatie. Celkweek met menselijke mesenchymale stromacellen, pluripotente stamcellen, niercysten bij honden en organoïden van menselijke trofoblasten tonen de hoge biocompatibiliteit van de materialen aan.

De programmeerbare eigenschappen van het materiaal wijzen op veelbelovende mogelijkheden voor nieuwe toepassingen in weefselkweek. De lopende onderzoeken richten zich op het effect van visco-elastische eigenschappen op de ontwikkeling van cellen en organoïden. In de toekomst kan DyNAtrix worden gebruikt in fundamenteel onderzoek en gepersonaliseerde geneeskunde, bijvoorbeeld om van patiënten afgeleide weefselmodellen in het laboratorium te reproduceren en te onderzoeken.