新的分子3D打印技術能夠重現(xiàn)人體復雜的化學環(huán)境

2017-12-22

本月早些時候，倫敦帝國理工學院發(fā)表了一篇論文，認為通過結(jié)合工程和分子科學，3D打印可以更快、更一致、更便宜。現(xiàn)在，倫敦瑪麗皇后大學（QMUL）的研究人員已經(jīng)開發(fā)出新的分子3D打印技術，可以幫助重新創(chuàng)造類似于人體的復雜生物環(huán)境。

     據(jù)悉，QMUL以其使用3D打印技術使物體消失的工作而聞名。其創(chuàng)造了一種簡單而廉價的技術，稱為3DEAL，可以在軟物質(zhì)（如水凝膠）中產(chǎn)生復雜的分子模式，深度達到厘米級，并在微米級上具有分辨率。QMUL工程與材料科學學院的AlvaroMata教授說：“人體主要由各向異性分層結(jié)構(gòu)和大多數(shù)三維結(jié)構(gòu)組成。制造能夠再現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)的物理和化學特征的環(huán)境的新方法，將會對開發(fā)更有效的藥物或更多功能性組織和器官構(gòu)建體有重要意義。”

     Mata教授是該項目的首席研究員，該項目由ERCStartingGrant資助。最近，該研究團隊在高級功能材料期刊上發(fā)表了題為“3DEAL：創(chuàng)造功能模式和各向異性水凝膠的分子3D打印技術”的論文，共同作者包括JuanP.Aguilar、MichalLipka、GastónA.Primo、EdxonE.Licon-Bernal、JuanM.Fernández-Pradas、AndriyYaroshchuk、FernandoAlbericio和Mata教授。

     該摘要寫道：“以微米級分辨率輕松生成由功能分子組成的各向異性水凝膠環(huán)境的能力對生物材料界來說是非常令人興奮的。這項研究報告了一種新穎的3DEAL技術，它結(jié)合了蛋白質(zhì)組學、生物技術和微細加工等元素，在水凝膠內(nèi)打印明確的3D分子模式。3DEAL的潛力通過在九種廣泛使用的水凝膠中對免疫球蛋白G、纖連蛋白和彈性蛋白進行圖案化，并且表征圖案深度、分辨率和縱橫比來評估。此外，該技術的多功能性通過制造復雜圖案來證明，包括平行和垂直柱、曲線、分子組成的梯度，大小和深度范圍從數(shù)十微米到數(shù)厘米的多種蛋白質(zhì)的模式。打印分子的功能是通過在纖連蛋白模式聚丙烯酰胺-膠原水凝膠上培養(yǎng)NIH-3T3細胞并選擇性地支持細胞生長來評估的。3DEAL是一種基于打印可控分子的簡單、易用和多功能的水凝膠圖案化平臺，可以實現(xiàn)可調(diào)諧，化學各向異性和分層3D環(huán)境的開發(fā)。

     電泳指的是帶電粒子在流體或凝膠中在電場的作用下進行移動，并與之前的3D打印技術結(jié)合使用。QMUL的3DEAL技術使得可以用QMUL所稱的“化學成分的空間控制”來設計3D水凝膠環(huán)境。

     這使他們有機會重新創(chuàng)造真實的生物學場景，如3D模式和分子梯度，這些場景可以用于構(gòu)建復雜的組織工程構(gòu)建體和設計新的藥物篩選平臺。

     QMUL的博士生Primo解釋說：“這項技術的一個主要優(yōu)勢是其堅固性和成本效益。它很簡單，可以用于不同類型的易得水凝膠，并用不同類型的分子進行圖案化?！?DEAL技術的最重要的設計特征是電場和多孔掩模，以微尺度分辨率移動和定位水凝膠內(nèi)不同類型的分子。昆士蘭科技大學再生醫(yī)學科學與工程專家DietmarHutmacher表示：“仿生和各向異性水凝膠的制備呈現(xiàn)取決于方向的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，這引起了科學界的極大興趣。”Mata實驗室利用這種創(chuàng)新的3DEAL技術拓寬了工具選擇。

     QMUL研究團隊的目標是創(chuàng)造出創(chuàng)新的3DEAL技術的變體，既可以用于更復雜的構(gòu)圖，也可以專注于生物學研究和組織工程應用的體外模型。

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