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如何使用像果凍一樣柔軟的材料來構(gòu)建用于容納細(xì)胞的復(fù)雜結(jié)構(gòu)?美國萊斯大學(xué)研究人員找到了答案。他們使用自組裝多肽墨水，通過3D打印制造出精細(xì)的結(jié)構(gòu)。這一成果有望推動再生醫(yī)學(xué)和醫(yī)學(xué)研究總體上產(chǎn)生巨大飛躍。

利用基于肽的生物墨水3D打印出的結(jié)構(gòu)。圖中硬幣用于顯示比例。圖片來源：美國萊斯大學(xué)

3D打印已成為生物醫(yī)學(xué)研究中的主要制造策略之一。為了造出能再現(xiàn)生物組織機械性能的結(jié)構(gòu)，科學(xué)家在研究水凝膠3D打印。但柔軟材料很難在三維空間中高保真地制作圖案，因此科學(xué)家需要能用作3D打印墨水的具有生物學(xué)特性的新型凝膠。

研究論文主要作者、萊斯大學(xué)生物工程系研究生亞當(dāng)·法希德解釋說，人體內(nèi)有20種天然存在的氨基酸組成蛋白質(zhì)，氨基酸可以連接成更大的鏈，就像樂高積木一樣。當(dāng)鏈上超過50個氨基酸時稱為蛋白質(zhì)，而短于50個氨基酸時稱為多肽。在這項工作中，研究人員使用多肽作為3D打印墨水的基礎(chǔ)材料。

多結(jié)構(gòu)域肽是一類在低濃度下形成納米纖維凝膠的自組裝多肽。此前，多結(jié)構(gòu)域肽可以安全地植入體內(nèi)，已被用于神經(jīng)再生、癌癥治療和傷口愈合，并被證明當(dāng)植入活生物體時，可促進高水平的細(xì)胞滲透和組織發(fā)育。

研究人員發(fā)現(xiàn)，多結(jié)構(gòu)域肽以獨特的多肽為基礎(chǔ)，僅依靠超分子機制進行組裝，是一種理想的3D打印墨水候選者。

在此項研究中，新設(shè)計開發(fā)的多結(jié)構(gòu)域肽一面疏水，另一面親水。當(dāng)放入水中時，其中一個分子會翻轉(zhuǎn)到另一個分子之上，形成所謂的疏水“三明治”。這些“三明治”相互堆疊并形成長纖維，隨后形成凝膠。研究人員首次使用自組裝肽系統(tǒng)打印出具有突出部分和內(nèi)部孔隙的層狀3D結(jié)構(gòu)。此外，打印的多結(jié)構(gòu)域肽可證明體外細(xì)胞行為的電荷依賴差異。

“這表明我們可以利用結(jié)構(gòu)和化學(xué)的復(fù)雜性來控制細(xì)胞的行為。”法希德說，“我們的最終目標(biāo)是打印出含有細(xì)胞的結(jié)構(gòu)，并在培養(yǎng)皿中培育出成熟的組織。然后，這些組織可以被移植來治療損傷，或者用于了解疾病是如何起作用的，以及測試候選藥物。”

這項研究已發(fā)表在最近的《先進材料》雜志上。

關(guān)鍵詞： 打印墨水 研究人員 萊斯大學(xué) 再生醫(yī)學(xué) 基礎(chǔ)材料