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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

     本月早些時候,倫敦帝國理工學(xué)院發(fā)表了一篇論文,認為通過結(jié)合工程和分子科學(xué),3D打印可以更快、更一致、更便宜?,F(xiàn)在,倫敦瑪麗皇后大學(xué)(QMUL)的研究人員已經(jīng)開發(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)造了一種簡單而廉價的技術(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,深度達到厘米級,并在微米級上具有分辨率。QMUL工程與材料科學(xué)學(xué)院的AlvaroMata教授說:“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,將會對開發(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?!?/p>

    Mata教授是該項目的首席研究員,該項目由ERCStartingGrant資助。最近,該研究團隊在高級功能材料期刊上發(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。


    該摘要寫道:“以微米級分辨率輕松生成由功能分子組成的各向異性水凝膠環(huán)境的能力對生物材料界來說是非常令人興奮的。這項研究報告了一種新穎的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的潛力通過在九種廣泛使用的水凝膠中對免疫球蛋白G、纖連蛋白和彈性蛋白進行圖案化,并且表征圖案深度、分辨率和縱橫比來評估。此外,該技術(shù)的多功能性通過制造復(fù)雜圖案來證明,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在纖連蛋白模式聚丙烯酰胺-膠原水凝膠上培養(yǎng)NIH-3T3細胞并選擇性地支持細胞生長來評估的。3DEAL是一種基于打印可控分子的簡單、易用和多功能的水凝膠圖案化平臺,可以實現(xiàn)可調(diào)諧,化學(xué)各向異性和分層3D環(huán)境的開發(fā)。

    電泳指的是帶電粒子在流體或凝膠中在電場的作用下進行移動,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”來設(shè)計3D水凝膠環(huán)境。

這使他們有機會重新創(chuàng)造真實的生物學(xué)場景,如3D模式和分子梯度,這些場景可以用于構(gòu)建復(fù)雜的組織工程構(gòu)建體和設(shè)計新的藥物篩選平臺。


    QMUL的博士生Primo解釋說:“這項技術(shù)的一個主要優(yōu)勢是其堅固性和成本效益。它很簡單,可以用于不同類型的易得水凝膠,并用不同類型的分子進行圖案化?!?DEAL技術(shù)的最重要的設(shè)計特征是電場和多孔掩模,以微尺度分辨率移動和定位水凝膠內(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?!盡ata實驗室利用這種創(chuàng)新的3DEAL技術(shù)拓寬了工具選擇。

     QMUL研究團隊的目標是創(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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