科學家使用氧化石墨烯和蛋白質實現血管結構生物3D打印
時間：2020-03-05 09:08 來源：中國3D打印網 作者：中國3D打印網 閱讀：次
中國3D打印網3月5日訊，一組研究人員發表在《自然通訊》上的一項新研究詳細介紹了氧化石墨烯與一種蛋白質的3D打印，該蛋白質可以組織成復制血管組織的管狀結構。這項研究由諾丁漢大學和倫敦瑪麗皇后大學的Alvaro Mata教授領導。
Mata教授解釋說：“這項工作通過從納米級開始有序地同時進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組裝，為生物制造提供了機會。在這里，我們正在生物制造與細胞兼容的微尺度毛細管狀流體結構，具有生理相關的特性，并具有承受血液流動的能力。這可以使實驗室中的脈管系統恢復活力，并對開發更安全，更有效的藥物產生影響，這意味著治療方法有可能更快地到達患者手中。”
掃描電子顯微鏡圖像描繪了內皮細胞在印刷的管狀結構表面上生長。圖片來自諾丁漢大學。
自組裝材料
自組裝的特性被描述為將多個組件組織成更大的定義明確的結構，并朝著一個共同的目標努力。許多生物系統依靠自組裝將分子構件組裝在一起，以組裝出顯示有用功能的更大，復雜的系統。生長，復制和修復的生命過程都依賴于自組裝。研究中發現的新生物材料是氧化石墨烯與蛋白質自組裝的結果。研究人員觀察到蛋白質的柔性，無序區域符合氧化石墨烯更均勻的結構，從而在兩者之間形成了強大的相互作用。通過精確控制兩種成分的混合方式，科學家發現可以在細胞存在的情況下引導組裝過程，從而產生復雜而堅固的結構。
然后，最終結果生物材料可用作3D打印具有精細分辨率的復雜結構的生物墨水。該小組成功地在細胞存在下建立了血管模擬結構。研究中開發的結構具有相關的化學和機械性能，可以滿足其目的。
通過同時印刷和自組裝在氧化石墨烯和蛋白質之間制成的管狀結構的特寫。圖片來自諾丁漢大學。
該項目的首席研究員吳元浩博士表示：“人們非常有興趣開發能模仿自然界的材料和制造工藝。但是，迄今為止，通過分子組件的自組裝來構建堅固的功能材料和設備的能力一直受到限制。這項研究引入了一種通過自組裝將蛋白質與氧化石墨烯整合在一起的新方法，該方法可以輕松地與增材制造整合，從而輕松制造出生物流體設備，從而使我們能夠在實驗室中復制人體組織和器官的關鍵部位。”
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，因此對該主題進行了大量研究。新澤西州羅格斯大學的工程師以前已經開發了自己的版本的生物墨水，該生物墨水使腳手架的結構能夠支撐不斷增長的人體組織。重要的是，可以根據所用墨水的混合物來控制支架的剛度，從而可以將其應用于不同類型的組織以進行修復或更換。
Mata教授解釋說：“這項工作通過從納米級開始有序地同時進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組裝，為生物制造提供了機會。在這里，我們正在生物制造與細胞兼容的微尺度毛細管狀流體結構，具有生理相關的特性，并具有承受血液流動的能力。這可以使實驗室中的脈管系統恢復活力，并對開發更安全，更有效的藥物產生影響，這意味著治療方法有可能更快地到達患者手中。”
掃描電子顯微鏡圖像描繪了內皮細胞在印刷的管狀結構表面上生長。圖片來自諾丁漢大學。
自組裝材料
自組裝的特性被描述為將多個組件組織成更大的定義明確的結構，并朝著一個共同的目標努力。許多生物系統依靠自組裝將分子構件組裝在一起，以組裝出顯示有用功能的更大，復雜的系統。生長，復制和修復的生命過程都依賴于自組裝。研究中發現的新生物材料是氧化石墨烯與蛋白質自組裝的結果。研究人員觀察到蛋白質的柔性，無序區域符合氧化石墨烯更均勻的結構，從而在兩者之間形成了強大的相互作用。通過精確控制兩種成分的混合方式，科學家發現可以在細胞存在的情況下引導組裝過程，從而產生復雜而堅固的結構。
然后，最終結果生物材料可用作3D打印具有精細分辨率的復雜結構的生物墨水。該小組成功地在細胞存在下建立了血管模擬結構。研究中開發的結構具有相關的化學和機械性能，可以滿足其目的。
通過同時印刷和自組裝在氧化石墨烯和蛋白質之間制成的管狀結構的特寫。圖片來自諾丁漢大學。
該項目的首席研究員吳元浩博士表示：“人們非常有興趣開發能模仿自然界的材料和制造工藝。但是，迄今為止，通過分子組件的自組裝來構建堅固的功能材料和設備的能力一直受到限制。這項研究引入了一種通過自組裝將蛋白質與氧化石墨烯整合在一起的新方法，該方法可以輕松地與增材制造整合，從而輕松制造出生物流體設備，從而使我們能夠在實驗室中復制人體組織和器官的關鍵部位。”
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，因此對該主題進行了大量研究。新澤西州羅格斯大學的工程師以前已經開發了自己的版本的生物墨水，該生物墨水使腳手架的結構能夠支撐不斷增長的人體組織。重要的是，可以根據所用墨水的混合物來控制支架的剛度，從而可以將其應用于不同類型的組織以進行修復或更換。
在其他地方，芝加哥的研究人員最近也在生物墨水的開發方面取得了進展，旨在實現3D打印功能的人卵巢。盡管預計整個器官的制造仍需要數十年的時間，但這些研究已經取得了重大成就，從而推動了生物打印領域的發展。
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