3D生物打印結構蛋白-技術前沿-資訊-生物在線

3D生物打印結構蛋白

作者：上海睿度光電科技有限公司 2021-06-02T00:00 (訪問量:23794)

 

3D生物打印是一種蓬勃發展的方法，用于獲得具有預先設計和定制的形態和幾何形狀的不同材料的支架。結構蛋白提供的分子設計靈活性，以及生物打印技術固有的混合，沉積和機械加工靈活性，使得功能強大的支架和組織模擬物的制造具有一定程度的復雜性和組織性。

 

萊布尼茨新材料研究所的Ma?gorzata K和 W?odarczyk-Biegun在“3D bioprinting of structural proteins”的研究中，重點講述了結構蛋白（膠原蛋白、蠶絲、纖維蛋白）生物打印的研究進展，作為一種特別有趣的技術來重建天然支架的生物化學和生物物理組成以及層次形態。結構蛋白提供的分子設計的靈活性，結合了生物打印固有的混合、沉積和機械加工的靈活性技術，使功能強大的支架和組織模擬物的制造具有一定程度的復雜性和組織性，這才剛剛開始被探索。這里描述了基于結構蛋白的生物墨水的打印參數和物理（機械）特性，包括打印支架的生物學功能。描述了應用打印技術和交聯方法，重點介紹了為改善支架性能而實施的修改。還報告了使用的細胞類型，細胞活力，和可能的構建體應用。研究團隊設想，將打印技術應用于結構蛋白，將實現對其超分子組織的空前控制，賦予打印支架生物特性和接近自然系統的功能。
作者對比了噴墨打印，擠出式打印和激光打印。噴墨打印的優勢在于高速、成本低，缺點是只能用相對低濃度的細胞溶液防止堵塞噴頭（RUIDU 生物噴墨3D打印平臺 RD-3DB200 已優化這一不足）。擠出式打印可以使用更高濃度的細胞溶液，但油墨沉積過程中剪切應力引起的變形對細胞活力影響。激光打印允許打印高粘度材料和高細胞密度在非常好的分辨率下，卻受到高成本和缺乏打印大型結構的適用性。
作者同時也用不同材料打印出了不同效果，結果見下圖，打印結果良好。作者提出大多數生物打印ECM蛋白的研究都集中在自然材料的模式傳遞上。然而，這種打印方法在打印時提供了額外的優勢作為超分子形成單位的結構蛋白。在微尺度上加工材料所施加的機械力可以影響材料的自組裝過程，形成具有特定力學性能的分層排列的上層結構。這種策略被自然系統用來處理具有獨特性能的材料。例如，在蠶或蜘蛛中，絲蛋白的折疊和組裝是在腺體通過一個狹窄的管道分泌時發生的，產生的材料的屬性取決于擠壓參數，如剪切力和環境條件，如pH值下降，離子交換，分泌過程中溫度的變化。此項打印方法可以使蛋白質結構擁有前所未有的復雜性和組織性。
▲ 圖1   絲纖維打印

▲ 圖2   纖維蛋白支架打印

參考文獻：

[1] W?odarczyk-Biegun, M. K. , and A. D. Campo . 3D Bioprinting of Structural Proteins[J]. Biomaterials, 2017:180-201.

 

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