肽基3D打印墨水推动再生医学进步

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。

利用基于肽的生物墨水3D打印出的结构。图中硬币用于显示比例。
图片来源：美国莱斯大学

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。研究人员首次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，“我们的最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。”

这项研究已发表在最近的《先进材料》杂志上。