新的分子3D打印技术能够重现人体复杂的化学环境

2017-12-22

本月早些时候，伦敦帝国理工学院发表了一篇论文，认为通过结合工程和分子科学，3D打印可以更快、更一致、更便宜。现在，伦敦玛丽皇后大学（QMUL）的研究人员已经开发出新的分子3D打印技术，可以帮助重新创造类似于人体的复杂生物环境。

     据悉，QMUL以其使用3D打印技术使物体消失的工作而闻名。其创造了一种简单而廉价的技术，称为3DEAL，可以在软物质（如水凝胶）中产生复杂的分子模式，深度达到厘米级，并在微米级上具有分辨率。QMUL工程与材料科学学院的AlvaroMata教授说：“人体主要由各向异性分层结构和大多数三维结构组成。制造能够再现这种结构的物理和化学特征的环境的新方法，将会对开发更有效的药物或更多功能性组织和器官构建体有重要意义。”

     Mata教授是该项目的首席研究员，该项目由ERCStartingGrant资助。最近，该研究团队在高级功能材料期刊上发表了题为“3DEAL：创造功能模式和各向异性水凝胶的分子3D打印技术”的论文，共同作者包括JuanP.Aguilar、MichalLipka、GastónA.Primo、EdxonE.Licon-Bernal、JuanM.Fernández-Pradas、AndriyYaroshchuk、FernandoAlbericio和Mata教授。

     该摘要写道：“以微米级分辨率轻松生成由功能分子组成的各向异性水凝胶环境的能力对生物材料界来说是非常令人兴奋的。这项研究报告了一种新颖的3DEAL技术，它结合了蛋白质组学、生物技术和微细加工等元素，在水凝胶内打印明确的3D分子模式。3DEAL的潜力通过在九种广泛使用的水凝胶中对免疫球蛋白G、纤连蛋白和弹性蛋白进行图案化，并且表征图案深度、分辨率和纵横比来评估。此外，该技术的多功能性通过制造复杂图案来证明，包括平行和垂直柱、曲线、分子组成的梯度，大小和深度范围从数十微米到数厘米的多种蛋白质的模式。打印分子的功能是通过在纤连蛋白模式聚丙烯酰胺-胶原水凝胶上培养NIH-3T3细胞并选择性地支持细胞生长来评估的。3DEAL是一种基于打印可控分子的简单、易用和多功能的水凝胶图案化平台，可以实现可调谐，化学各向异性和分层3D环境的开发。

     电泳指的是带电粒子在流体或凝胶中在电场的作用下进行移动，并与之前的3D打印技术结合使用。QMUL的3DEAL技术使得可以用QMUL所称的“化学成分的空间控制”来设计3D水凝胶环境。

     这使他们有机会重新创造真实的生物学场景，如3D模式和分子梯度，这些场景可以用于构建复杂的组织工程构建体和设计新的药物筛选平台。

     QMUL的博士生Primo解释说：“这项技术的一个主要优势是其坚固性和成本效益。它很简单，可以用于不同类型的易得水凝胶，并用不同类型的分子进行图案化。”3DEAL技术的最重要的设计特征是电场和多孔掩模，以微尺度分辨率移动和定位水凝胶内不同类型的分子。昆士兰科技大学再生医学科学与工程专家DietmarHutmacher表示：“仿生和各向异性水凝胶的制备呈现取决于方向的结构和性质，这引起了科学界的极大兴趣。”Mata实验室利用这种创新的3DEAL技术拓宽了工具选择。

     QMUL研究团队的目标是创造出创新的3DEAL技术的变体，既可以用于更复杂的构图，也可以专注于生物学研究和组织工程应用的体外模型。

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