生物材料能打印

一剪梅

近日，美國芝加哥西北大學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)學治療腦脊髓損傷或神經(jīng)退行性疾病的平臺。

由斯圖普領導的研究小組證明，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，這些液體由于化學反應中被稱為宿主一客體復合物的相互作用而迅速變硬，這種相互作用模仿了蛋白質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)域的結果。敏捷“行走分子”覆蓋的距離比其自身大數(shù)千倍，結合在一起便形成了大型的上層結構。在微觀尺度上，這種遷移導致結構發(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)分子運動形成超結構時，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。”

有趣的是，3D打印的機械力破壞了上層結構中主體與客體之間的相互作用，并導致材料流動，但是由于相互作用可以通過自組裝自動恢復，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構進行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。該材料的上層結構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)因子的蛋白質的刺激。該蛋白質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，但是這些蛋白質在體內會迅速降解，并且生產(chǎn)成本昂貴。現(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用不同的化學系列，來涉足再生醫(yī)學的其他領域。生物材料中的簡單化學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失去的功能。除了這些干預措施之外，這些材料還可以用于構建類器官，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。”