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未来移植的人体器官,可能是蚕丝打印的

时间: 2019年11月27日 | 作者: Harini Barath | 来源: 环球科学(huanqiukexue.com)
目前有很多研究团队都在测试蚕丝蛋白,希望以它为原料实现3D打印人体组织、移植物甚至器官。



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蚕丝中的蛋白质可用于3D打印技术。


撰文 | 哈里尼 · 巴拉特(Harini Barath)

翻译 | 张哲


目前有很多研究团队都在测试蚕丝蛋白,希望以它为原料实现3D打印人体组织、移植物甚至器官。这种方法比以胶原蛋白为原料的传统方法更便宜。印度阿萨姆邦的研究人员正在研究如何使用当地的蚕丝实现这一目标。


最近,他们提交了一项3D打印材料的专利,所用的混合蛋白质分别提取自一种家蚕(Bombyx mori)和两种野生蚕——琥珀蚕(Antheraea assamensis)和蓖麻蚕(Samia ricini)。科学家用这些蛋白质人工合成了血管、肝叶等多种结构。最近,发表在美国化学学会的《应用材料与界面》( Applied Materials & Interfaces)杂志的论文中,他们报道了如何模拟整个耳朵的软骨。


蚕丝是一种天然聚合物(所谓聚合物就是由不断重复的结构单元构成的长链分子),机械强度高,能被生物体完全降解,非常适用于组织工程。为了使用蚕丝,研究人员需要先从蚕的腺体中提取液体蚕丝,或者把蚕丝纤维溶解在溶剂中。之后他们会小心地把得到的胶状液体和患者的干细胞混合,接下来用3D打印机逐层打印出所需的结构。在移植后,细胞会不断生长并替代由蚕丝组成的支架结构,支架最终会被分解成氨基酸。


目前,3D生物打印使用的胶原蛋白主要提取自死去的动物,之后再进行提纯,但这个过程既复杂又昂贵。“与胶原蛋白相比,蚕丝在供应量和处理难度方面都有着巨大的优势。印度蚕丝供应量丰富,这也是个明显的好处。”美国塔夫茨大学生物医学工程系主任戴维·卡普兰(David Kaplan,并未参与这项研究)说道。尽管家蚕已经广泛用于生物打印,但印度理工学院瓜哈提分校的比曼·B·曼达尔(Biman B. Mandal)课题组率先使用了野生蚕。


这些蚕丝非常适合用作生物打印材料,它们可与别的蚕丝共用来制造坚硬且有韧性的支架结构,曼达尔说:“比如,这在打印骨骼组织时就很重要。”

研究人员通常要使用多种化学试剂来使蚕丝聚合物链交联在一起,这么做有助于维持三维结构。但是,曼达尔的团队发现,将多种蚕丝和明胶混合使用时,就不再需要其他很多的化学试剂了。此外,野生蚕的蚕丝能够找到与细胞结合的位置,“而对于其他蚕丝,需要用化学试剂来改变自身的结构以此增强结合的牢固程度。这么做很复杂、又贵、还可能有毒。”曼达尔说道。卡普兰赞同这个观点,并补充说,这些结合点使细胞能更快地与蚕丝结构粘结在一起。


曼达尔和合作者已经制造出了原型结构,包括骨骼以及心脏和肝等软组织。接下来,他们打算制造人类半月板以及骨骼末端等复杂的结构。