新的生物材料發(fā)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)血管結(jié)構(gòu)的3D打印

來(lái)源：未知大陸

發(fā)表在《自然通訊》上的一項(xiàng)新研究詳細(xì)介紹了氧化石墨烯與一種蛋白質(zhì)的3D打印，該蛋白質(zhì)可以組成管狀結(jié)構(gòu)，復(fù)制血管組織。這項(xiàng)研究由諾丁漢大學(xué)和倫敦瑪麗皇后大學(xué)的Alvaro Mata教授領(lǐng)導(dǎo)。

Mata教授解釋說(shuō)：“這項(xiàng)工作為生物制造提供了機(jī)會(huì)，它使自上而下的3D生物打印和自下而上的自組裝合成和生物成分在納米尺度上以有序的方式同時(shí)進(jìn)行。在這里，我們正在創(chuàng)造微尺度的毛細(xì)狀流體結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)與細(xì)胞兼容，表現(xiàn)出生理學(xué)上的相關(guān)特性，并且有能力承受流動(dòng)�！盡ata補(bǔ)充說(shuō)，“這可能使血管系統(tǒng)在實(shí)驗(yàn)室中得到重建，并對(duì)開(kāi)發(fā)更安全、更有效的藥物產(chǎn)生影響，這意味著治療可能更快地到達(dá)患者手中�！�

掃描電子顯微鏡圖像描繪了內(nèi)皮細(xì)胞在打印的管狀結(jié)構(gòu)表面上生長(zhǎng)

自組裝材料
自組裝的特性被描述為多個(gè)組件組織成更大的定義良好的結(jié)構(gòu)，協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)一個(gè)共同的目標(biāo)。許多生物系統(tǒng)依賴(lài)于自我組裝，將分子積木組合在一起，組裝出更大、更復(fù)雜、功能更強(qiáng)大的系統(tǒng)。生長(zhǎng)、復(fù)制和修復(fù)的生命過(guò)程都依賴(lài)于自組裝。

研究中發(fā)現(xiàn)的新生物材料是氧化石墨烯與蛋白質(zhì)自組裝的結(jié)果。研究人員觀察到蛋白質(zhì)的柔性，無(wú)序區(qū)域符合氧化石墨烯更均勻的結(jié)構(gòu)，從而在兩者之間形成了強(qiáng)大的相互作用。通過(guò)精確控制兩種成分的混合方式，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)可以在細(xì)胞存在的情況下引導(dǎo)組裝過(guò)程，從而產(chǎn)生復(fù)雜而堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。

然后，最終結(jié)果生物材料可用作3D打印具有精細(xì)分辨率的復(fù)雜結(jié)構(gòu)的生物墨水。該小組成功地在細(xì)胞存在下建立了血管模擬結(jié)構(gòu)。研究中開(kāi)發(fā)的結(jié)構(gòu)具有相關(guān)的化學(xué)和機(jī)械性能，可以滿(mǎn)足其目的。

通過(guò)同時(shí)打印和自組裝在氧化石墨烯和蛋白質(zhì)之間制成的管狀結(jié)構(gòu)的特寫(xiě)

該項(xiàng)目的首席研究員吳元浩博士表示：“人們非常有興趣開(kāi)發(fā)能模仿自然界的材料和制造工藝。但是，迄今為止，通過(guò)分子組件的自組裝來(lái)構(gòu)建堅(jiān)固的功能材料和設(shè)備的能力一直受到限制。這項(xiàng)研究引入了一種通過(guò)自組裝將蛋白質(zhì)與氧化石墨烯整合在一起的新方法，該方法可以輕松地與增材制造整合，從而輕松制造出生物流體設(shè)備，從而使我們能夠在實(shí)驗(yàn)室中復(fù)制人體組織和器官的關(guān)鍵部位。”

世界各地的生物打印
由于生物墨水在3D生物打印中的重要性，因此對(duì)該主題進(jìn)行了大量研究。新澤西州羅格斯大學(xué)的工程師以前已經(jīng)開(kāi)發(fā)了自己的版本的生物墨水，該生物墨水使腳手架的結(jié)構(gòu)能夠支撐不斷增長(zhǎng)的人體組織。重要的是，可以根據(jù)所用墨水的混合物來(lái)控制支架的剛度，從而可以將其應(yīng)用于不同類(lèi)型的組織以進(jìn)行修復(fù)或更換。

在其他地方，芝加哥的研究人員最近也在生物墨水的開(kāi)發(fā)方面取得了進(jìn)展，旨在實(shí)現(xiàn)3D打印功能的人卵巢。盡管預(yù)計(jì)整個(gè)器官的制造仍需要數(shù)十年的時(shí)間，但這些研究已經(jīng)取得了重大成就，從而推動(dòng)了生物打印領(lǐng)域的發(fā)展。