如何使用像Jell-O這樣柔軟的材料構(gòu)建用于容納細胞的復(fù)雜結(jié)構(gòu)?萊斯大學(xué)的科學(xué)家們有答案，它代表了再生醫(yī)學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的潛在飛躍。

賴斯的Jeffrey Hartgerink實驗室的研究人員已經(jīng)找到了如何使用自組裝肽墨水3D打印定義明確的結(jié)構(gòu)。“最終，目標(biāo)是用細胞打印結(jié)構(gòu)并在培養(yǎng)皿中生長成熟組織。然后，這些組織可以移植來治療損傷，或者用于了解疾病的工作原理并測試候選藥物，“萊斯生物工程研究生，該研究的主要作者Adam Farsheed說，該研究發(fā)表在Advanced Materials上。

“有20種天然存在的氨基酸構(gòu)成人體中的蛋白質(zhì)，”Farsheed說。“氨基酸可以連接在一起形成更大的鏈，就像樂高積木一樣。當(dāng)氨基酸鏈長度超過50個氨基酸時，它們被稱為蛋白質(zhì)，但是當(dāng)這些鏈短于50個氨基酸時，它們被稱為肽。在這項工作中，我們使用肽作為3D打印墨水的基礎(chǔ)材料。

這些“多域肽”由Hartgerink及其合作者開發(fā)，設(shè)計為一側(cè)疏水，另一側(cè)親水。當(dāng)放在水中時，“其中一個分子會在另一個分子上翻轉(zhuǎn)，形成我們所說的疏水性三明治，”Farsheed說。

這些三明治相互堆疊并形成長纖維，然后形成水凝膠，這是一種具有凝膠狀質(zhì)地的水基材料，可用于廣泛的應(yīng)用，例如組織工程，軟機器人和廢水處理。

多結(jié)構(gòu)域肽已被用于神經(jīng)再生、癌癥治療和傷口愈合，并且已被證明在植入生物體中時可促進高水平的細胞浸潤和組織發(fā)育。

“我們知道多域肽可以安全地植入體內(nèi)，”Farsheed說。“但我在這個項目中想要做的是朝著不同的方向發(fā)展，并證明這些肽是一種很棒的3D打印墨水。

“這可能是違反直覺的，因為我們的材料非常柔軟，但我認識到我們的多域肽是理想的墨水候選者，因為它們的自組裝方式，”他繼續(xù)說道。“我們的材料在變形后可以重新組裝，類似于牙膏從管子中推出時形成很好的纖維。

Farsheed的機械工程背景使他在測試他的假設(shè)時能夠采取非常規(guī)的方法。

“我有更多的蠻力工程方法，而不是對材料進行化學(xué)修改以使其更適合3D打印，我測試了如果我簡單地添加更多材料會發(fā)生什么，”他說。“我把濃度提高了大約四倍，效果非常好。

“只有少數(shù)嘗試使用其他自組裝肽進行3D打印，這項工作都很棒，但這是第一次使用任何自組裝肽系統(tǒng)成功3D打印如此復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，”Farsheed繼續(xù)說道。

這些結(jié)構(gòu)用帶正電或帶負電的多結(jié)構(gòu)域肽打印，放置在結(jié)構(gòu)上的未成熟肌肉細胞的行為因電荷而異。細胞在基板上保持帶負電荷的團狀，而在帶正電荷的材料上，細胞擴散并開始成熟。

“這表明我們可以使用結(jié)構(gòu)和化學(xué)復(fù)雜性來控制細胞行為，”Farsheed說。

Hartgerink是化學(xué)和生物工程教授，也是本科生研究的副。Farsheed是一名生物工程研究生，也是該研究的主要作者。其他研究合著者是本科生Adam Thomas和研究生Brett Pogostin。

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