肽3D打印墨水可以推动再生医学的发展

如何使用像Jell-O这样柔软的材料构建用于容纳细胞的复杂结构?莱斯大学的科学家们有答案，它代表了再生医学和医学研究的潜在飞跃。

赖斯的Jeffrey Hartgerink实验室的研究人员已经找到了如何使用自组装肽墨水3D打印定义明确的结构。“最终，目标是用细胞打印结构并在培养皿中生长成熟组织。然后，这些组织可以移植来治疗损伤，或者用于了解疾病的工作原理并测试候选药物，“莱斯生物工程研究生，该研究的主要作者Adam Farsheed说，该研究发表在Advanced Materials上。

“有20种天然存在的氨基酸构成人体中的蛋白质，”Farsheed说。“氨基酸可以连接在一起形成更大的链，就像乐高积木一样。当氨基酸链长度超过50个氨基酸时，它们被称为蛋白质，但是当这些链短于50个氨基酸时，它们被称为肽。在这项工作中，我们使用肽作为3D打印墨水的基础材料。

这些“多域肽”由Hartgerink及其合作者开发，设计为一侧疏水，另一侧亲水。当放在水中时，“其中一个分子会在另一个分子上翻转，形成我们所说的疏水性三明治，”Farsheed说。

这些三明治相互堆叠并形成长纤维，然后形成水凝胶，这是一种具有凝胶状质地的水基材料，可用于广泛的应用，例如组织工程，软机器人和废水处理。

多结构域肽已被用于神经再生、癌症治疗和伤口愈合，并且已被证明在植入生物体中时可促进高水平的细胞浸润和组织发育。

“我们知道多域肽可以安全地植入体内，”Farsheed说。“但我在这个项目中想要做的是朝着不同的方向发展，并证明这些肽是一种很棒的3D打印墨水。

“这可能是违反直觉的，因为我们的材料非常柔软，但我认识到我们的多域肽是理想的墨水候选者，因为它们的自组装方式，”他继续说道。“我们的材料在变形后可以重新组装，类似于牙膏从管子中推出时形成很好的纤维。

Farsheed的机械工程背景使他在测试他的假设时能够采取非常规的方法。

“我有更多的蛮力工程方法，而不是对材料进行化学修改以使其更适合3D打印，我测试了如果我简单地添加更多材料会发生什么，”他说。“我把浓度提高了大约四倍，效果非常好。

“只有少数尝试使用其他自组装肽进行3D打印，这项工作都很棒，但这是第一次使用任何自组装肽系统成功3D打印如此复杂的结构，”Farsheed继续说道。

这些结构用带正电或带负电的多结构域肽打印，放置在结构上的未成熟肌肉细胞的行为因电荷而异。细胞在基板上保持带负电荷的团状，而在带正电荷的材料上，细胞扩散并开始成熟。

“这表明我们可以使用结构和化学复杂性来控制细胞行为，”Farsheed说。

Hartgerink是化学和生物工程教授，也是本科生研究的副。Farsheed是一名生物工程研究生，也是该研究的主要作者。其他研究合著者是本科生Adam Thomas和研究生Brett Pogostin。

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