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新的分子3D打印技術能夠重現(xiàn)人體復雜的化學環(huán)境
本月早些時候，倫敦帝國理工學院發(fā)表了一篇論文，認為通過結合工程和分子科學，3D打印可以更快、更一致、更便宜。現(xiàn)在，倫敦瑪麗皇后大學（QMUL）的研究人員已經開發(fā)出新的分子3D打印技術，可以幫助重新創(chuàng)造類似于人體的復雜生物環(huán)境。
據(jù)悉，QMUL以其使用3D打印技術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，稱為3DEAL，可以在軟物質（如水凝膠）中產生復雜的分子模式，深度達到厘米級，并在微米級上具有分辨率。QMUL工程與材料科學學院的AlvaroMata教授說：“人體主要由各向異性分層結構和大多數(shù)三維結構組成。制造能夠再現(xiàn)這種結構的物理和化學特征的環(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建體有重要意義。”
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”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，它結合了蛋白質組學、生物技術和微細加工等元素，在水凝膠內打印明確的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，該技術的多功能性通過制造復雜圖案來證明，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)可調諧，化學各向異性和分層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打印技術結合使用。QMUL的3DEAL技術使得可以用QMUL所稱的“化學成分的空間控制”來設計3D水凝膠環(huán)境。
這使他們有機會重新創(chuàng)造真實的生物學場景，如3D模式和分子梯度，這些場景可以用于構建復雜的組織工程構建體和設計新的藥物篩選平臺。
QMUL的博士生Primo解釋說：“這項技術的一個主要優(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。”3DEAL技術的最重要的設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不同類型的分子。昆士蘭科技大學再生醫(yī)學科學與工程專家DietmarHutmacher表示：“仿生和各向異性水凝膠的制備呈現(xiàn)取決于方向的結構和性質，這引起了科學界的極大興趣。”Mata實驗室利用這種創(chuàng)新的3DEAL技術拓寬了工具選擇。
QMUL研究團隊的目標是創(chuàng)造出創(chuàng)新的3DEAL技術的變體，既可以用于更復雜的構圖，也可以專注于生物學研究和組織工程應用的體外模型。