《先進材料》一區期刊：自組裝納米纖維狀多肽水凝膠的3D打印，推動生物醫學研究
時間：2023-02-09 15:46 來源：南極熊 作者：admin 閱讀：次
導讀：3D打印已經成為生物醫學研究中使用的主要制造技術之一，近年來越來越多的研究者們對水凝膠的3D打印展開了研究，以更好的復現具有高機械性能的生物組織結構。水凝膠3D打印技術面臨著許多問題，因為他們的材料很軟，很難在三維空間中高保真地形成圖案。少數形成水凝膠的生物衍生聚合物經常被用于3D打印應用。因此，存在著對具有理想的生物特性的新型水凝膠的需求，這些水凝膠可以作為3D打印油墨使用。
2023年2月，來自萊斯大學生物工程系的研究者們建立了多域肽（MDP）的可打印性，他們的研究以《3D Printing of Self-Assembling Nanofibrous Multidomain Peptide Hydrogels》(《自組裝納米纖維狀多肽水凝膠的3D打印》)為題發表在了《ADVANCED MATERIALS》期刊上，推動了水凝膠3D打印的發展。
研究背景
水凝膠的3D打印使研究人員能夠使用柔軟的、類似組織的材料復制生物結構。在眾多3D打印方法中，基于擠壓原理的3D打印技術由于其工作原理簡單且易于使用而被廣泛使用。 擠壓式3D打印中使用的墨水主要由明膠、 海藻酸鹽、 透明質酸、 膠原、 脫細胞外基質等材料組成。在保持生物特性的同時，研究人員對天然衍生的水凝膠材料進行化學改性，使其更易于打印。 但自然衍生的材料存在差異，經常需要化學改性以具有足夠的機械性能，并具有預定的生物活性。
SAP是由超分子力結合組裝成納米結構的肽。這些納米結構相互作用，產生一個宏觀的水凝膠。SAP易于合成，可提純，具有高度的設計靈活性。合成本身是模塊化的，SAP的特性可以通過簡單地改變其主要序列或通過加入生物活性肽序列來改變。由于SAP僅由氨基酸構件組成，它們的化學和降解產物對生物無害，這是由其他聚合物制成的水凝膠所沒有的。因此，SAP提供了合成水凝膠材料的靈活性，同時也保持了天然衍生材料的生物相容性。
研究內容
在這項工作中，研究者們提出了多域肽（MDP）的3D打印，他們在一定的生理pH值和離子強度下形成納米纖維水凝膠。MDP具有交替的疏水和親水氨基酸的一般結構，兩側是帶電的殘基。反離子對帶電氨基酸的屏蔽導致了 "疏水夾層 "的產生，β-片狀纖維化，并在適當的濃度下迅速凝膠化為納米纖維水凝膠。MDP已被證明在體內植入時可促進血管化、神經支配和高水平的細胞浸潤，并已被用于神經再生，癌癥治療，和疫苗輸送。不同電荷和化學功能的MDP已被發現在體內引起不同的免疫反應，因此用于特定應用的MDP可能會根據所需用途而變化。為了擴大MDP的能力，研究人員還介紹了陰離子和陽離子MDP的3D打印評估、優化和體外表征。
△選擇MDP做為打印材料，用多種MDP墨水進行3D打印優化，以及打印難度增加的構造（包括多材料打印）。最后，用帶相反電荷的MDP墨水來創建3D結構，并觀察不同的體外特性。
研究結論
△MDP 3D打印優化和打印結構
在這項研究中，研究人員將MDP確立為一類新的可3D打印的水凝膠。在對其超分子組裝進行表征后，MDP被證明擁有必要的流變特性，可用于擠壓式3D打印。然后進行了打印優化，并利用它來創造復雜的懸空結構和多材料打印。這項工作代表了極少數涉及SAP的3D打印論文之一，并超越了以前完成的打印復雜性水平。此外，陽離子和陰離子MDP構造的體外表征顯示了細胞形態的電荷依賴性差異和電荷無關的高細胞活力。應進一步研究擴大MDP的打印數量，提高打印分辨率，并探索戰略性地使用MDP電荷來調節細胞行為。總的來說，MDP是一類有前途的新的3D打印油墨，它是獨特的基于肽的，完全依靠超分子機制進行組裝。
2023年2月，來自萊斯大學生物工程系的研究者們建立了多域肽（MDP）的可打印性，他們的研究以《3D Printing of Self-Assembling Nanofibrous Multidomain Peptide Hydrogels》(《自組裝納米纖維狀多肽水凝膠的3D打印》)為題發表在了《ADVANCED MATERIALS》期刊上，推動了水凝膠3D打印的發展。
研究背景
水凝膠的3D打印使研究人員能夠使用柔軟的、類似組織的材料復制生物結構。在眾多3D打印方法中，基于擠壓原理的3D打印技術由于其工作原理簡單且易于使用而被廣泛使用。 擠壓式3D打印中使用的墨水主要由明膠、 海藻酸鹽、 透明質酸、 膠原、 脫細胞外基質等材料組成。在保持生物特性的同時，研究人員對天然衍生的水凝膠材料進行化學改性，使其更易于打印。 但自然衍生的材料存在差異，經常需要化學改性以具有足夠的機械性能，并具有預定的生物活性。
SAP是由超分子力結合組裝成納米結構的肽。這些納米結構相互作用，產生一個宏觀的水凝膠。SAP易于合成，可提純，具有高度的設計靈活性。合成本身是模塊化的，SAP的特性可以通過簡單地改變其主要序列或通過加入生物活性肽序列來改變。由于SAP僅由氨基酸構件組成，它們的化學和降解產物對生物無害，這是由其他聚合物制成的水凝膠所沒有的。因此，SAP提供了合成水凝膠材料的靈活性，同時也保持了天然衍生材料的生物相容性。
研究內容
在這項工作中，研究者們提出了多域肽（MDP）的3D打印，他們在一定的生理pH值和離子強度下形成納米纖維水凝膠。MDP具有交替的疏水和親水氨基酸的一般結構，兩側是帶電的殘基。反離子對帶電氨基酸的屏蔽導致了 "疏水夾層 "的產生，β-片狀纖維化，并在適當的濃度下迅速凝膠化為納米纖維水凝膠。MDP已被證明在體內植入時可促進血管化、神經支配和高水平的細胞浸潤，并已被用于神經再生，癌癥治療，和疫苗輸送。不同電荷和化學功能的MDP已被發現在體內引起不同的免疫反應，因此用于特定應用的MDP可能會根據所需用途而變化。為了擴大MDP的能力，研究人員還介紹了陰離子和陽離子MDP的3D打印評估、優化和體外表征。
△選擇MDP做為打印材料，用多種MDP墨水進行3D打印優化，以及打印難度增加的構造（包括多材料打印）。最后，用帶相反電荷的MDP墨水來創建3D結構，并觀察不同的體外特性。
研究結論
△MDP 3D打印優化和打印結構
在這項研究中，研究人員將MDP確立為一類新的可3D打印的水凝膠。在對其超分子組裝進行表征后，MDP被證明擁有必要的流變特性，可用于擠壓式3D打印。然后進行了打印優化，并利用它來創造復雜的懸空結構和多材料打印。這項工作代表了極少數涉及SAP的3D打印論文之一，并超越了以前完成的打印復雜性水平。此外，陽離子和陰離子MDP構造的體外表征顯示了細胞形態的電荷依賴性差異和電荷無關的高細胞活力。應進一步研究擴大MDP的打印數量，提高打印分辨率，并探索戰略性地使用MDP電荷來調節細胞行為。總的來說，MDP是一類有前途的新的3D打印油墨，它是獨特的基于肽的，完全依靠超分子機制進行組裝。
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