如何使用像果冻一样柔软的材料来构建用于容纳细胞的复杂结构？美国莱斯大学研究人员找到了答案。他们使用自组装多肽墨水，通过3D打印制造出精细的结构。这一成果有望推动再生医学和医学研究总体上产生巨大飞跃。
3D打印已成为生物医学研究中的主要制造策略之一。为了造出能再现生物组织机械性能的结构，科学家在研究水凝胶3D打印。但柔软材料很难在三维空间中高保真地制作图案，因此科学家需要能用作3D打印墨水的具有生物学特性的新型凝胶。
研究论文主要作者、莱斯大学生物工程系研究生亚当·法希德解释说，人体内有20种天然存在的氨基酸组成蛋白质，氨基酸可以连接成更大的链，就像乐高积木一样。当链上超过50个氨基酸时称为蛋白质，而短于50个氨基酸时称为多肽。在这项工作中，研究人员使用多肽作为3D打印墨水的基础材料。
多结构域肽是一类在低浓度下形成纳米纤维凝胶的自组装多肽。此前，多结构域肽可以安全地植入体内，已被用于神经再生、癌症治疗和伤口愈合，并被证明当植入活生物体时，可促进高水平的细胞渗透和组织发育。
研究人员发现，多结构域肽以独特的多肽为基础，仅依靠超分子机制进行组装，是一种理想的3D打印墨水候选者。
在此项研究中，新设计开发的多结构域肽一面疏水，另一面亲水。当放入水中时，其中一个分子会翻转到另一个分子之上，形成所谓的疏水“三明治”。这些“三明治”相互堆叠并形成长纤维，随后形成凝胶。研究人员使用自组装肽系统打印出具有突出部分和内部孔隙的层状3D结构。此外，打印的多结构域肽可证明体外细胞行为的电荷依赖差异。
“这表明我们可以利用结构和化学的复杂性来控制细胞的行为。”法希德说，“我们的终目标是打印出含有细胞的结构，并在培养皿中培育出成熟的组织。然后，这些组织可以被移植来治疗损伤，或者用于了解疾病是如何起作用的，以及测试候选药物。”
这项研究已发表在的《先进材料》杂志上。
