科学家使用氧化石墨烯和蛋白质实现血管结构生物3D打印

时间：2020-03-05 09:08 来源：中国3D打印网作者：中国3D打印网阅读：次

中国3D打印网3月5日讯，一组研究人员发表在《自然通讯》上的一项新研究详细介绍了氧化石墨烯与一种蛋白质的3D打印，该蛋白质可以组织成复制血管组织的管状结构。这项研究由诺丁汉大学和伦敦玛丽皇后大学的Alvaro Mata教授领导。
Mata教授解释说：“这项工作通过从纳米级开始有序地同时进行合成和生物成分的自上而下的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尺度毛细管状流体结构，具有生理相关的特性，并具有承受血液流动的能力。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。”

扫描电子显微镜图像描绘了内皮细胞在印刷的管状结构表面上生长。图片来自诺丁汉大学。
自组装材料
自组装的特性被描述为将多个组件组织成更大的定义明确的结构，并朝着一个共同的目标努力。许多生物系统依靠自组装将分子构件组装在一起，以组装出显示有用功能的更大，复杂的系统。生长，复制和修复的生命过程都依赖于自组装。研究中发现的新生物材料是氧化石墨烯与蛋白质自组装的结果。研究人员观察到蛋白质的柔性，无序区域符合氧化石墨烯更均匀的结构，从而在两者之间形成了强大的相互作用。通过精确控制两种成分的混合方式，科学家发现可以在细胞存在的情况下引导组装过程，从而产生复杂而坚固的结构。
然后，最终结果生物材料可用作3D打印具有精细分辨率的复杂结构的生物墨水。该小组成功地在细胞存在下建立了血管模拟结构。研究中开发的结构具有相关的化学和机械性能，可以满足其目的。

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。图片来自诺丁汉大学。
该项目的首席研究员吴元浩博士表示：“人们非常有兴趣开发能模仿自然界的材料和制造工艺。但是，迄今为止，通过分子组件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。”
世界各地的生物打印
由于生物墨水在3D生物打印中的重要性，因此对该主题进行了大量研究。新泽西州罗格斯大学的工程师以前已经开发了自己的版本的生物墨水，该生物墨水使脚手架的结构能够支撑不断增长的人体组织。重要的是，可以根据所用墨水的混合物来控制支架的刚度，从而可以将其应用于不同类型的组织以进行修复或更换。

在其他地方，芝加哥的研究人员最近也在生物墨水的开发方面取得了进展，旨在实现3D打印功能的人卵巢。尽管预计整个器官的制造仍需要数十年的时间，但这些研究已经取得了重大成就，从而推动了生物打印领域的发展。

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