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3D生物打印结构蛋白

作者：上海睿度光电科技有限公司 2021-06-02T00:00 (访问量:9114)

3D生物打印是一种蓬勃发展的方法，用于获得具有预先设计和定制的形态和几何形状的不同材料的支架。结构蛋白提供的分子设计灵活性，以及生物打印技术固有的混合，沉积和机械加工灵活性，使得功能强大的支架和组织模拟物的制造具有一定程度的复杂性和组织性。

莱布尼茨新材料研究所的Małgorzata K和 Włodarczyk-Biegun在“3D bioprinting of structural proteins”的研究中，重点讲述了结构蛋白（胶原蛋白、蚕丝、纤维蛋白）生物打印的研究进展，作为一种特别有趣的技术来重建天然支架的生物化学和生物物理组成以及层次形态。结构蛋白提供的分子设计的灵活性，结合了生物打印固有的混合、沉积和机械加工的灵活性技术，使功能强大的支架和组织模拟物的制造具有一定程度的复杂性和组织性，这才刚刚开始被探索。这里描述了基于结构蛋白的生物墨水的打印参数和物理（机械）特性，包括打印支架的生物学功能。描述了应用打印技术和交联方法，重点介绍了为改善支架性能而实施的修改。还报告了使用的细胞类型，细胞活力，和可能的构建体应用。研究团队设想，将打印技术应用于结构蛋白，将实现对其超分子组织的空前控制，赋予打印支架生物特性和接近自然系统的功能。

作者对比了喷墨打印，挤出式打印和激光打印。喷墨打印的优势在于高速、成本低，缺点是只能用相对低浓度的细胞溶液防止堵塞喷头（RUIDU 生物喷墨3D打印平台 RD-3DB200 已优化这一不足）。挤出式打印可以使用更高浓度的细胞溶液，但油墨沉积过程中剪切应力引起的变形对细胞活力影响。激光打印允许打印高粘度材料和高细胞密度在非常好的分辨率下，却受到高成本和缺乏打印大型结构的适用性。

作者同时也用不同材料打印出了不同效果，结果见下图，打印结果良好。作者提出大多数生物打印ECM蛋白的研究都集中在自然材料的模式传递上。然而，这种打印方法在打印时提供了额外的优势作为超分子形成单位的结构蛋白。在微尺度上加工材料所施加的机械力可以影响材料的自组装过程，形成具有特定力学性能的分层排列的上层结构。这种策略被自然系统用来处理具有独特性能的材料。例如，在蚕或蜘蛛中，丝蛋白的折叠和组装是在腺体通过一个狭窄的管道分泌时发生的，产生的材料的属性取决于挤压参数，如剪切力和环境条件，如pH值下降，离子交换，分泌过程中温度的变化。此项打印方法可以使蛋白质结构拥有前所未有的复杂性和组织性。

▲ 图1 丝纤维打印

▲ 图2 纤维蛋白支架打印

参考文献：

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

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