新的分子3D打印技術(shù)能夠重現(xiàn)人體復(fù)雜的化學(xué)環(huán)境

2017-12-22

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

     據(jù)悉，QMUL以其使用3D打印技術(shù)使物體消失的工作而聞名。其創(chuàng)造了一種簡(jiǎn)單而廉價(jià)的技術(shù)，稱為3DEAL，可以在軟物質(zhì)（如水凝膠）中產(chǎn)生復(fù)雜的分子模式，深度達(dá)到厘米級(jí)，并在微米級(jí)上具有分辨率。QMUL工程與材料科學(xué)學(xué)院的AlvaroMata教授說(shuō)：“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(xué)特征的環(huán)境的新方法，將會(huì)對(duì)開(kāi)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(xiàng)目的首席研究員，該項(xiàng)目由ERCStartingGrant資助。最近，該研究團(tuán)隊(duì)在高級(jí)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(shù)”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(xiě)道：“以微米級(jí)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(duì)生物材料界來(lái)說(shuō)是非常令人興奮的。這項(xiàng)研究報(bào)告了一種新穎的3DEAL技術(shù)，它結(jié)合了蛋白質(zhì)組學(xué)、生物技術(shù)和微細(xì)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(guò)在九種廣泛使用的水凝膠中對(duì)免疫球蛋白G、纖連蛋白和彈性蛋白進(jìn)行圖案化，并且表征圖案深度、分辨率和縱橫比來(lái)評(píng)估。此外，該技術(shù)的多功能性通過(guò)制造復(fù)雜圖案來(lái)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(guò)在纖連蛋白模式聚丙烯酰胺-膠原水凝膠上培養(yǎng)NIH-3T3細(xì)胞并選擇性地支持細(xì)胞生長(zhǎng)來(lái)評(píng)估的。3DEAL是一種基于打印可控分子的簡(jiǎn)單、易用和多功能的水凝膠圖案化平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)可調(diào)諧，化學(xué)各向異性和分層3D環(huán)境的開(kāi)發(fā)。

     電泳指的是帶電粒子在流體或凝膠中在電場(chǎng)的作用下進(jìn)行移動(dòng)，并與之前的3D打印技術(shù)結(jié)合使用。QMUL的3DEAL技術(shù)使得可以用QMUL所稱的“化學(xué)成分的空間控制”來(lái)設(shè)計(jì)3D水凝膠環(huán)境。

     這使他們有機(jī)會(huì)重新創(chuàng)造真實(shí)的生物學(xué)場(chǎng)景，如3D模式和分子梯度，這些場(chǎng)景可以用于構(gòu)建復(fù)雜的組織工程構(gòu)建體和設(shè)計(jì)新的藥物篩選平臺(tái)。

     QMUL的博士生Primo解釋說(shuō)：“這項(xiàng)技術(shù)的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)是其堅(jiān)固性和成本效益。它很簡(jiǎn)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(jìn)行圖案化。”3DEAL技術(shù)的最重要的設(shè)計(jì)特征是電場(chǎng)和多孔掩模，以微尺度分辨率移動(dòng)和定位水凝膠內(nèi)不同類型的分子。昆士蘭科技大學(xué)再生醫(yī)學(xué)科學(xué)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(xué)界的極大興趣。”Mata實(shí)驗(yàn)室利用這種創(chuàng)新的3DEAL技術(shù)拓寬了工具選擇。

     QMUL研究團(tuán)隊(duì)的目標(biāo)是創(chuàng)造出創(chuàng)新的3DEAL技術(shù)的變體，既可以用于更復(fù)雜的構(gòu)圖，也可以專注于生物學(xué)研究和組織工程應(yīng)用的體外模型。

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