如何用“生物乐高”打造细胞之家？
探索如何利用柔软如果冻的材料构建复杂细胞结构，莱斯大学的研究团队给出了答案。他们采用自组装多肽作为3D打印墨水，成功打印出精细的三维结构，这一技术有望为再生医学和医学研究带来革命性的进展。
3D打印技术在生物医学领域的应用日益广泛，尤其是在水凝胶3D打印方面，它能够模拟生物组织的机械特性。然而，软质材料在三维空间中的高保真度打印一直是个难题，因此科学家们一直在寻找具有生物学特性的新型凝胶作为打印墨水。
亚当·法希德，莱斯大学生物工程系研究生，也是这项研究的主要作者，他解释说，人体内的蛋白质由20种天然氨基酸组成，这些氨基酸可以连接成长链，类似于乐高积木。当链长超过50个氨基酸时，称为蛋白质；而短于50个氨基酸时，则称为多肽。在这项研究中，研究团队以多肽为基础材料，开发了3D打印墨水。
多结构域肽是一类能在低浓度下自组装成纳米纤维凝胶的多肽。它们已被证明可以安全植入体内，并在神经再生、癌症治疗和伤口愈合等领域展现出潜力。研究人员发现，多结构域肽基于其独特的多肽结构，仅通过超分子机制就能自组装，使其成为理想的3D打印墨水候选材料。
在这项研究中，新设计的多结构域肽一面具有疏水性，另一面具有亲水性。当它们接触水时，分子间会形成疏水“三明治”结构，这些结构相互堆叠，形成长纤维并最终形成凝胶。研究团队首次利用这种自组装肽系统打印出了具有突出部分和内部孔隙的层状3D结构。此外，这些打印出的多结构域肽还能表现出体外细胞行为的电荷依赖性差异。
法希德表示：“这表明我们可以通过结构和化学的复杂性来控制细胞的行为。”他进一步解释说，他们的最终目标是打印出含有细胞的结构，并在培养皿中培育成熟的组织。这些组织未来可以用于治疗损伤，或者用于研究疾病机制和测试候选药物。
这项开创性的研究已被发表在《先进材料》杂志上。