自组装生物材料发现可实现组织样血管结构的3D打印

时间：2022-03-30 12:25:05 来源：

通过同时印刷和自组装在氧化石墨烯和蛋白质之间制成的管状结构的特写。

一个国际科学家团队发现了一种可以3D打印以创建类似组织的血管结构的新材料。

在今天（2020年3月4日）在《自然通讯》上发表的一项新研究中，由诺丁汉大学和伦敦玛丽皇后大学的阿尔瓦罗·马塔（Alvaro Mata）教授领导的研究人员开发了一种利用蛋白质进行3D打印氧化石墨烯的方法，该蛋白质可以组织成管状复制血管组织某些特性的结构。

具有壁上并嵌入壁内的内皮细胞（绿色）的生物打印管状结构的横截面。

马塔教授说：“这项工作通过从纳米规模开始有序地同时进行合成和生物组件的自上而下的3D生物打印以及自下而上的自组装，为生物制造提供了机会。在这里，我们正在生物制造与细胞兼容的微细毛细管状流体结构，具有生理相关的特性，并具有承受流动的能力。这可以使实验室中的脉管系统恢复活力，并对开发更安全，更有效的药物产生影响，这意味着治疗方法有可能更快地到达患者手中。”

具有卓越性能的材料

自组装是多个组件可以组织成更大的定义明确的结构的过程。生物系统依靠此过程将分子结构单元可控地组装成复杂的功能材料，这些材料表现出非凡的特性，例如具有生长，复制和执行强大功能的能力。

扫描电子显微镜图像显示内皮细胞在印刷管状结构的表面上生长。

这种新的生物材料是通过蛋白质与氧化石墨烯的自组装制成的。组装机制使蛋白质的柔性（无序）区域有序排列并顺应氧化石墨烯，从而在它们之间产生强大的相互作用。通过控制两种成分的混合方式，可以在存在细胞的情况下以多种尺寸尺度引导它们的组装，并进入复杂的坚固结构。

然后，该材料可用作3D打印生物墨水，以打印结构复杂且分辨率低至10 µm的结构。该研究小组已经证明了在存在细胞的情况下能够构建血管样结构并表现出生物学上相关的化学和机械特性的能力。

吴元浩博士是该项目的首席研究员，她说：“人们非常有兴趣开发能够模仿自然界的材料和制造工艺。然而，迄今为止，通过分子组分的自组装来构建坚固的功能材料和设备的能力一直受到限制。这项研究引入了一种通过自组装将蛋白质与氧化石墨烯整合在一起的新方法，该方法可以轻松地与增材制造整合，从而轻松制造出生物流体设备，从而使我们能够在实验室中复制人体组织和器官的关键部位。”

参考：Wu Yuanhao Wu，Babatunde O. Okesola，Jing Xu，Ivan Korotkin，Alice Berardo，Ilaria Corridori，Francesco Luigi Pellerej di Brocchetti，Janos Kanczler，Fengyu Feng，“功能性流体装置的无序蛋白质-氧化石墨烯共组装和超分子生物加工”李玮琪，叶烨娇，弗拉基米尔·法拉福诺夫，王一强，丽贝卡·汤普森，玛丽亚·玛格达琳娜·蒂蒂里奇，德米特里·纳鲁克，谢尔盖·卡拉巴索夫，理查德·奥雷菲奥，何塞·卡洛斯·罗德里格斯·卡贝罗，乔瓦尼·沃兹，海伦娜·S·阿兹维多，尼古拉，王雯和Alvaro Mata，2020年3月4日，自然通讯。DOI：
10.1038 / s41467-020-14716-z

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