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科技日報實習記者?張佳欣
如何使用像果凍一樣柔軟的材料來構建用于容納細胞的復雜結構？美國萊斯大學研究人員找到了答案。他們使用自組裝多肽墨水，通過3D打印制造出精細的結構。這一成果有望推動再生醫學和醫學研究總體上產生巨大飛躍。
利用基于肽的生物墨水3D打印出的結構。圖中硬幣用于顯示比例。圖片來源：美國萊斯大學
3D打印已成為生物醫學研究中的主要制造策略之一。為了造出能再現生物組織機械性能的結構，科學家在研究水凝膠3D打印。但柔軟材料很難在三維空間中高保真地制作圖案，因此科學家需要能用作3D打印墨水的具有生物學特性的新型凝膠。
研究論文主要作者、萊斯大學生物工程系研究生亞當·法希德解釋說，人體內有20種天然存在的氨基酸組成蛋白質，氨基酸可以連接成更大的鏈，就像樂高積木一 樣。當鏈上超過50個氨基酸時稱為蛋白質，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打印墨水的基礎材料。
多結構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，多結構域肽可以安全地植入體內，已被用于神經再生、癌癥治療和傷口愈合，并被證明當植入活生物體時，可促進高水平的細胞滲透和組織發育。
研究人員發現，多結構域肽以獨特的多肽為基礎，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，新設計開發的多結構域肽一面疏水，另一面親水。當放入水中時，其中一個分子會翻轉到另一個分子之上，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打印出具有突出部分和內部孔隙的層狀3D結構。此外，打印的多結構域肽可證明體外 細胞行為的電荷依賴差異。
“這表明我們可以利用結構和化學的復雜性來控制細胞的行為。”法希德說，“我們的最終目標是打印出含有細胞的結構，并在培養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。”
這項研究已發表在最近的《先進材料》雜志上。