Dynamic Electromechanical Hydrogel Matrices for Stem Cell Culture

自愈水凝胶 材料科学 组织工程 电场 弯曲 渗透压 纳米技术 生物物理学 生物医学工程 复合材料 化学 高分子化学 量子力学 医学 生物 生物化学 物理
作者
Han Liang Lim,Jessica C. Chuang,Tuan Tran,Aereas Aung,Gaurav Arya,Shyni Varghese
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:21 (1): 55-63 被引量:93
标识
DOI:10.1002/adfm.201001519
摘要

Hydrogels have numerous biomedical applications including synthetic matrices for cell culture and tissue engineering. Here we report the development of hydrogel based multifunctional matrices that not only provide three-dimensional structural support to the embedded cells but also can simultaneously provide potentially beneficial dynamic mechanical and electrical cues to the cells. A unique aspect of these matrices is that they undergo reversible, anisotropic bending dynamics in an electric field. The direction and magnitude of this bending can be tuned through the hydrogel crosslink density while maintaining the same electric potential gradient, allowing control over the mechanical strain imparted to the cells in a three-dimensional environment. The conceptual design of these hydrogels was motivated through theoretical modeling of the osmotic pressure changes occurring at the gel-solution interfaces in an electric field. These electro-mechanical matrices support survival, proliferation, and differentiation of stem cells. Thus, these new three-dimensional in vitro synthetic matrices, which mimic multiple aspects of the native cellular environment, take us one step closer to in vivo systems.

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