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

來源：未知大陸

發(fā)表在《自然通訊》上的一項新研究詳細(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：“這項工作為生物制造提供了機會，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進行。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?！盡ata補充說，“這可能使血管系統(tǒng)在實驗室中得到重建，并對開發(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患者手中?！?br />

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

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

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大的相互作用。通過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)組裝過程，從而產(chǎn)生復(fù)雜而堅固的結(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)。研究中開發(fā)的結(jié)構(gòu)具有相關(guān)的化學(xué)和機械性能，可以滿足其目的。

通過同時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

該項目的首席研究員吳元浩博士表示：“人們非常有興趣開發(fā)能模仿自然界的材料和制造工藝。但是，迄今為止，通過分子組件的自組裝來構(gòu)建堅固的功能材料和設(shè)備的能力一直受到限制。這項研究引入了一種通過自組裝將蛋白質(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驗室中復(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，因此對該主題進行了大量研究。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)能夠支撐不斷增長的人體組織。重要的是，可以根據(jù)所用墨水的混合物來控制支架的剛度，從而可以將其應(yīng)用于不同類型的組織以進行修復(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發(fā)方面取得了進展，旨在實現(xiàn)3D打印功能的人卵巢。盡管預(yù)計整個器官的制造仍需要數(shù)十年的時間，但這些研究已經(jīng)取得了重大成就，從而推動了生物打印領(lǐng)域的發(fā)展。