用细胞和分子打印生物组织

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楼主 2020-11-20 15:37:01
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图片来源:Queen Mary University of London 


来自伦敦玛丽女王学院与新加坡南洋理工大学和哈佛大学合作,开发了新的打印技术,使用在天然的组织中存在的细胞和分子来创建类似生物结构的构建体。研究发表在《Advanced Functional Materials》上。

 

研究人员将生物分子的自组装技术与生物的三维打印技术结合,构建了这种新的平台。想要打印生物组织,就要使用独特的“墨水”。研究人员所设计的复合墨水来自于与自然界相似的配比,可以包含细胞、蛋白、多肽以及其他的组成元素,它们以不同的配比在一起,可以具有不同的性质,以符合预计的需求。如同使用乐高积木一样,可以有目的的对目标结构进行构建。

 

研究人员对各种元素组成的“墨水”配方的精确控制是通过计算机实现的,这使得研究人员可以利用这种技术模拟生物体的一部分,进行组织工程或者再生医学的研究和开发。

 

该技术集成了微观和宏观控制的结构特征,打印通过自组装提供了分子和纳米级控制。在文章中介绍了一种基于水动力引导自组装多肽两亲分子 (PAs)生物系统,并利用自然产生的生物分子和蛋白质来生成可人为控制的分层结构。该系统利用了随需应变的喷墨打印技术,利用界面流体力,引导分子通过分子扩散自组装成排列有序或无序的纳米纤维、水凝胶结构,具有不同几何形状和尺寸的、表面形貌和更高级的构造。PAs被设计成在细胞稀释条件下与一系列细胞外基质(ECM)蛋白和生物分子(包括纤维蛋白、胶原蛋白、角蛋白、弹性蛋白和透明质酸)共同组装。利用这些分子的组合,使得细胞所处环境更接近于生物体,在这些“墨水”环境下NIH-3T3和脂肪衍生的干细胞在打印形成的复杂结构中可以检测到活性,同时表现出很高的细胞存活率(>88%)。

 

该论文的主要作者、博士生Clara Hedegaard补充道:“这种方法可以通过打印多种类型的生物分子来构建三维结构,这些生物分子能够在多个尺度上组合成清晰的结构。因此,自组装的墨水允许我们来控制打印过程中和之后的化学和物理性质,这可以用来刺激细胞的行为。

 

来自玛丽女王学院的工程和材料科学教授Alvaro Mata表示:“新技术使得设计和创建特定和复杂的细胞环境生物场景有了可能。这项技术可用于不同的领域,如组织工程,通过创建类似组织的结构或体外模型,使得测试药物以更有效的方式进行。”

 

参考资料:

[1] Hydrodynamically Guided HierarchicalSelf-Assembly of Peptide–Protein Bioinks

[2] New printing technique uses cells andmolecules to recreate biological structures

 

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