生物材料能打印

一剪梅

近日，美国芝加哥西北大学工程研究小组对外发布消息称，他们发现了一种可以模仿大脑组织特性的可打印生物材料。现在，研究小组正在开发一种能够依靠再生医学治疗脑脊髓损伤或神经退行性疾病的平台。

由斯图普领导的研究小组证明，这种可打印生物材料能促进神经元生长，这一重要发现可能对帕金森病和阿尔茨海默症等神经退行性疾病以及脊髓损伤的细胞移植治疗产生影响。

這种新材料是两种液体的混合物，这些液体由于化学反应中被称为宿主一客体复合物的相互作用而迅速变硬，这种相互作用模仿了蛋白质之间的键锁相互作用，以及通过“行走分子”的长期迁移而集中在微米级区域的结果。敏捷“行走分子”覆盖的距离比其自身大数千倍，结合在一起便形成了大型的上层结构。在微观尺度上，这种迁移导致结构发生了变化，看起来像未煮熟的拉面面条变成了绳状束。

研究人员表示，“这种现象是我们开发的系统所独有的。当动态分子运动形成超结构时，大的孔开放，使细胞能够渗透并可整合到生物材料中，促使生物活性信号相互作用。”

有趣的是，3D打印的机械力破坏了上层结构中主体与客体之间的相互作用，并导致材料流动，但是由于相互作用可以通过自组装自动恢复，因此它可以快速固化为任何宏观形状。这也可以对具有不同层的结构进行3D打印，这些层包含不同类型的神经细胞，以便研究它们之间的相互作用。该材料的上层结构和生物活性可能对组织再生产生巨大影响。神经元受到中枢神经系统中一种称为脑源性神经营养因子的蛋白质的刺激。该蛋白质通过促进突触连接并使神经元更具塑性来帮助神经元存活。对于患有神经退行性疾病和脊髓损伤的患者，利用脑源性神经营养因子可能是一种有价值的疗法，但是这些蛋白质在体内会迅速降解，并且生产成本昂贵。现在，新材料中的一个分子整合了这种蛋白的模拟物，该蛋白激活了称为Trkb的受体。该团队发现，当存在模拟信号时，神经元会主动穿透大孔并填充新的生物材料。这也可能创造一种环境，在这种环境中，来源于患者的干细胞相分化的神经元在移植前会成熟。斯图普认为，他们现在可以通过对材料应用不同的化学系列，来涉足再生医学的其他领域。生物材料中的简单化学变化将使它们能够为各种组织提供信号。

斯图普说：“在受伤或心脏病发作后，软骨和心脏组织很难再生，该平台可以使用患者的细胞在体外制造这些组织。然后，这些组织可以被移植以帮助恢复失去的功能。除了这些干预措施之外，这些材料还可以用于构建类器官，因为它们是可生物降解的，甚至可以直接植入组织中进行再生。”