《Nature Communication》3D打印微生物墨水，可用于基因工程蛋白質(zhì)納米纖維生產(chǎn)

導(dǎo)讀：麻省理工學(xué)院 (MIT)、西北大學(xué)和其他機構(gòu)的研究人員首次在不使用除生物材料之外的任何聚合物的情況下，對生物結(jié)構(gòu)進行了3D打印。研究人員利用由大腸桿菌產(chǎn)生的蛋白質(zhì)聚合物分子組成的凝膠，設(shè)計釋放抗癌藥物或從環(huán)境中捕獲毒素的設(shè)備。

△微生物墨水3D打印

據(jù)悉，研究人員先將大腸桿菌細胞基因工程化，產(chǎn)生稱為卷曲納米纖維的蛋白質(zhì)聚合物分子。它附有兩個帶相反電荷的模塊，被稱為“旋鈕”和“孔”。隨著卷曲纖維的產(chǎn)生，它們會交聯(lián)，旋鈕會被鎖定到孔中。然后，在去除大腸桿菌細胞之前，這種材料通過尼龍膜過濾，產(chǎn)生足夠粘稠和彈性的可打印凝膠。這種凝膠被研究人員成為“微生物墨水”。

△將源自纖維蛋白的α（旋鈕）和γ（孔）蛋白結(jié)構(gòu)域與卷曲納米纖維的主要結(jié)構(gòu)成分CsgA融合，對大腸桿菌進行基因工程以產(chǎn)生微生物墨水。分泌后，CsgA-α和CsgA-γ單體自組裝成納米纖維，通過旋鈕孔結(jié)合相互作用交聯(lián)。旋鈕和孔域源自纖維蛋白，它們在血凝塊形成過程中的超分子聚合中起關(guān)鍵作用。最后通過打印微生物墨水獲得功能性生物材料。

打印之前，生物墨水被吸入到10毫升Luer-Lok™注射器中，通過標(biāo)準(zhǔn)27G針尖，和Fisnar的預(yù)制1/4英寸鈍端，以及升級后的ANET A8（深圳Anet科技有限公司）3D打印機進行生物打印。通過沉積，研究人員能夠生產(chǎn)出半毫米寬的細纖維。并且，它們能夠在相距16毫米的兩根柱子之間拉伸時保持強度。

△單層網(wǎng)格，10層方形，10層圓形，21層實心錐。比例尺1毫米

為了進一步推進該項目，團隊嵌入了一種新型大腸桿菌。這種大腸桿菌被設(shè)計用于釋放抗癌藥物天青素。當(dāng)暴露于一種叫做IPTG的化學(xué)物質(zhì)時，天青種子結(jié)構(gòu)可以按需釋放藥物。研究人員還創(chuàng)造了各種能夠產(chǎn)生卷曲纖維的大腸桿菌，這些纖維可以與雙酚A (BPA，許多塑料中發(fā)現(xiàn)的有毒物質(zhì)) 結(jié)合。經(jīng)測試，凝膠能夠在24小時內(nèi)從周圍液體中吸收近30%的毒素。

相關(guān)文獻：Duraj-Thatte, A.M.,Manjula-Basavanna, A., Rutledge, J. et al. Programmable microbial ink for 3Dprinting of living materials produced from genetically engineered proteinnanofibers. Nat Commun 12, 6600 (2021).

文獻地址：https://www.nature.com/articles/s41467-021-26791-x