长期以来，组织工程一直依赖于实验室中植入细胞的几何静态支架来创造新的组织甚至器官。
脚手架材料-;通常为可生物降解的聚合物结构-;提供细胞，如果提供适当的营养，细胞就会随着支架的生物降解而发育成组织。但是这个模型忽略了组织自然发育背后的异常动态的形态过程。
现在，伊利诺伊大学芝加哥分校的研究人员已经开发出新的4D水凝胶-;能够随时间改变形状以响应刺激的3D材料;它可以根据外部触发信号，以预编程或按需的方式多次变形。
在一项新的高级科学研究中，由Eben Alsberg领导的UIC研究人员表明，这些新材料可以用来帮助开发更接近天然组织的组织，这些组织在形成过程中受到驱动运动的力量的影响。
这种新型材料由不同的水凝胶组成，这些水凝胶根据水或钙的浓度以不同的速率和程度膨胀或收缩。通过创建复杂的分层模式，研究人员可以引导砾岩材料在层膨胀和/或收缩时以一种或另一种方式弯曲。
“例如，我们可以通过调整钙的含量来改变这些材料的形状，”Alsberg说，他也是UIC的整形外科、药理学、机械和工业工程教授。
在他们的实验中，研究人员能够使水凝胶形成与肺泡形状相似的口袋，肺泡是肺中气体交换发生的微小囊状结构。
Alsberg的水凝胶不仅能够多次改变其结构，而且它们还具有高度的细胞相容性，这意味着它们可以结合细胞并且细胞保持存活。这是许多现有的4D材料无法做到的。
“我们真的很期待突破我们独特的水凝胶系统在组织工程方面的极限，”UIC博士后助理研究员、论文的共同第一作者丁爱祥说。
