2022年7月12日，來自康奈爾大學(xué)的研究人員創(chuàng)造出了一種新型生物材料
，可用于制造擁有類似人體組織結(jié)構(gòu)的仿生皮膚
。研究團(tuán)隊開發(fā)的生物混合復(fù)合材料具有獨特的成分，由膠原蛋白與
"兩性離子"水凝膠混合而成，材質(zhì)柔軟且具有生物相容性，有足夠的靈活性，能夠承受持續(xù)的變形。雖然科學(xué)家們的研發(fā)項目仍在進(jìn)行中
，但他們表示這種生物墨水有一天可以作為
3D打印患者細(xì)胞支架的基礎(chǔ)，從而有效地就愈合傷口。
這項研究的共同主要作者之一Nikolaos Bouklas說："我們最終的目的是想創(chuàng)造一種可以用于再生醫(yī)學(xué)的材料，例如一塊可以承受部分原始負(fù)荷的支架，直到組織完全再生
。用這種材料，你可以用細(xì)胞
3D打印一個多孔的支架，最終可以在支架周圍形成實際的組織。
"
△生物混合復(fù)合材料的顯微圖像，細(xì)胞（紅色）被播種在膠原蛋白的纖維狀結(jié)構(gòu)（黃色）上。圖片來自康奈爾大學(xué)
。
天然材料與合成材料的結(jié)合
為了制造一種具有靈活性和細(xì)胞友好性的生物墨水，以便能夠生產(chǎn)出接近真實的人造皮膚，研究團(tuán)隊將目光轉(zhuǎn)向了
"兩性離子水凝膠"。具體來說
，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)將膠原蛋白與這種含有正負(fù)電荷分子基團(tuán)的材料混合在一起，可以使其在支持細(xì)胞生長的同時承受多種沖擊
。
該研究的另一位共同主要作者之一Lawrence Bonassar解釋說："這些電荷基團(tuán)與膠原蛋白中的負(fù)電荷和正電荷基團(tuán)相互作用，這種相互作用使材料能夠消散能量并實現(xiàn)高水平的韌性。
"
△康奈爾大學(xué)教授Lawrence Bonassar。照片來自康奈爾大學(xué)
。
為更真實的人造皮膚打下基礎(chǔ)？
研究團(tuán)隊對這種材料進(jìn)行了測試，結(jié)果顯示
，與未經(jīng)處理的聚合物基質(zhì)相比，膠原蛋白的添加使其彈性模量增加了
40%。他們還發(fā)現(xiàn)將膠原蛋白與水凝膠結(jié)合在一起能使材料在開裂前吸收
11倍的能量，同時使其具有類似于關(guān)節(jié)軟骨等組織的特性。
在生物相容性方面，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)他們的膠原蛋白聚合物支持細(xì)胞生長的能力提高了
100多倍，而且它顯示了
90%以上的細(xì)胞存活率。研究人員說，他們打算繼續(xù)研究這種材料背后的生物合成過程，他們現(xiàn)在已經(jīng)開始測試其在組織的
3D打印方面的可行性。
△HK inno.N與T&RBiofab合作，使用其
3D生物打印技術(shù)制造人體皮膚。圖片來自
T&RBiofab。3D生物打印組織的潛力
盡管3D打印人體組織通常仍處于實驗室測試階段，但僅在過去幾年里
，其背后的技術(shù)就有了飛躍性的發(fā)展。
2022年1月，伯明翰大學(xué)和哈德斯菲爾德大學(xué)的研究人員透露
，他們已經(jīng)開發(fā)出一種用生物打印的皮膚來治療深層傷口的方法。同樣
，去年年底
，
NOVOPLASM聯(lián)盟宣布創(chuàng)建了"世界上第一個"3D打印免疫皮膚模型。該模型是利用冷等離子體技術(shù)開發(fā)的，將來可用于治療感染性燒傷和刺激性皮膚移植等疾病
。
研究人員的發(fā)現(xiàn)詳見他們的論文，題為
" Simple synthesisof soft, tough, and cytocompatible biohybrid composites/柔軟、堅韌和細(xì)胞相容的生物雜交復(fù)合材料的簡單合成"，該論文由
Cameron Darkes-Burkey, Xiao Liu,Leigh Slyker, Jason Mulderrig, Wenyang Pan, Emmanuel P. Giannelis, Robert F.Shepherd, Lawrence J. Bonassar和Nikolaos Bouklas共同撰寫
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