生物材料能打印

一剪梅

近日，美國芝加哥西北大學(xué)工程研究小組對外發(fā)布消息稱，他們發(fā)現(xiàn)了一種可以模仿大腦組織特性的可打印生物材料。現(xiàn)在，研究小組正在開發(fā)一種能夠依靠再生醫(yī)學(xué)治療腦脊髓損傷或神經(jīng)退行性疾病的平臺。

由斯圖普領(lǐng)導(dǎo)的研究小組證明，這種可打印生物材料能促進神經(jīng)元生長，這一重要發(fā)現(xiàn)可能對帕金森病和阿爾茨海默癥等神經(jīng)退行性疾病以及脊髓損傷的細胞移植治療產(chǎn)生影響。

這種新材料是兩種液體的混合物，這些液體由于化學(xué)反應(yīng)中被稱為宿主一客體復(fù)合物的相互作用而迅速變硬，這種相互作用模仿了蛋白質(zhì)之間的鍵鎖相互作用，以及通過“行走分子”的長期遷移而集中在微米級區(qū)域的結(jié)果。敏捷“行走分子”覆蓋的距離比其自身大數(shù)千倍，結(jié)合在一起便形成了大型的上層結(jié)構(gòu)。在微觀尺度上，這種遷移導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，看起來像未煮熟的拉面面條變成了繩狀束。

研究人員表示，“這種現(xiàn)象是我們開發(fā)的系統(tǒng)所獨有的。當動態(tài)分子運動形成超結(jié)構(gòu)時，大的孔開放，使細胞能夠滲透并可整合到生物材料中，促使生物活性信號相互作用?！?/p>

有趣的是，3D打印的機械力破壞了上層結(jié)構(gòu)中主體與客體之間的相互作用，并導(dǎo)致材料流動，但是由于相互作用可以通過自組裝自動恢復(fù)，因此它可以快速固化為任何宏觀形狀。這也可以對具有不同層的結(jié)構(gòu)進行3D打印，這些層包含不同類型的神經(jīng)細胞，以便研究它們之間的相互作用。該材料的上層結(jié)構(gòu)和生物活性可能對組織再生產(chǎn)生巨大影響。神經(jīng)元受到中樞神經(jīng)系統(tǒng)中一種稱為腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子的蛋白質(zhì)的刺激。該蛋白質(zhì)通過促進突觸連接并使神經(jīng)元更具塑性來幫助神經(jīng)元存活。對于患有神經(jīng)退行性疾病和脊髓損傷的患者，利用腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子可能是一種有價值的療法，但是這些蛋白質(zhì)在體內(nèi)會迅速降解，并且生產(chǎn)成本昂貴?，F(xiàn)在，新材料中的一個分子整合了這種蛋白的模擬物，該蛋白激活了稱為Trkb的受體。該團隊發(fā)現(xiàn)，當存在模擬信號時，神經(jīng)元會主動穿透大孔并填充新的生物材料。這也可能創(chuàng)造一種環(huán)境，在這種環(huán)境中，來源于患者的干細胞相分化的神經(jīng)元在移植前會成熟。斯圖普認為，他們現(xiàn)在可以通過對材料應(yīng)用不同的化學(xué)系列，來涉足再生醫(yī)學(xué)的其他領(lǐng)域。生物材料中的簡單化學(xué)變化將使它們能夠為各種組織提供信號。

斯圖普說：“在受傷或心臟病發(fā)作后，軟骨和心臟組織很難再生，該平臺可以使用患者的細胞在體外制造這些組織。然后，這些組織可以被移植以幫助恢復(fù)失去的功能。除了這些干預(yù)措施之外，這些材料還可以用于構(gòu)建類器官，因為它們是可生物降解的，甚至可以直接植入組織中進行再生?！?/p>