Närbild av en rörformad struktur gjord genom samtidig tryckning och självmontering mellan grafenoxid och ett protein. Kredit:Professor Alvaro Mata
Ett internationellt team av forskare har upptäckt ett nytt material som kan 3D-printas för att skapa vävnadsliknande kärlstrukturer.
I en ny studie publicerad idag i Naturkommunikation , ledd av professor Alvaro Mata vid University of Nottingham och Queen Mary University London, forskare har utvecklat ett sätt att 3-D-printa grafenoxid med ett protein som kan organiseras i rörformiga strukturer som replikerar vissa egenskaper hos vaskulär vävnad.
Professor Mata sa:"Detta arbete erbjuder möjligheter inom biotillverkning genom att möjliggöra simulatorisk top-down 3-D bioprinting och bottom-up självmontering av syntetiska och biologiska komponenter på ett ordnat sätt från nanoskala. Här, vi biotillverkar mikroskaliga kapillärliknande flytande strukturer som är kompatibla med celler, uppvisa fysiologiskt relevanta egenskaper, och har kapacitet att motstå flöde. Detta kan möjliggöra återskapandet av vaskulaturen i labbet och få konsekvenser för utvecklingen av säkrare och effektivare läkemedel, vilket innebär att behandlingar potentiellt kan nå patienter mycket snabbare."
Material med anmärkningsvärda egenskaper
Självmontering är den process genom vilken flera komponenter kan organiseras i större väldefinierade strukturer. Biologiska system förlitar sig på denna process för att kontrollerbart sammansätta molekylära byggstenar till komplexa och funktionella material som uppvisar anmärkningsvärda egenskaper såsom förmågan att växa, återskapa, och utföra robusta funktioner.
Svepelektronmikroskopibild som visar endotelceller som växer på ytan av de tryckta rörformiga strukturerna. Kredit:Professor Alvaro Mata
Det nya biomaterialet är tillverkat genom självmontering av ett protein med grafenoxid. Sammansättningsmekanismen gör det möjligt för de flexibla (ordnade) regionerna av proteinet att ordna och anpassa sig till grafenoxiden, skapa en stark interaktion mellan dem. Genom att kontrollera hur de två komponenterna blandas, det är möjligt att styra deras montering i flera storleksskalor i närvaro av celler och in i komplexa robusta strukturer.
Materialet kan sedan användas som 3-D-utskriftsbiobläck för att skriva ut strukturer med intrikata geometrier och upplösningar ner till 10 um. Forskargruppen har visat förmågan att bygga vaskulära strukturer i närvaro av celler och uppvisa biologiskt relevanta kemiska och mekaniska egenskaper.
Tvärsnitt av en biotryckt rörformig struktur med endotelceller (gröna) på och inbäddade i väggen. Kredit:Professor Alvaro Mata
Dr. Yuanhao Wu är den ledande forskaren i projektet, hon sa:"Det finns ett stort intresse för att utveckla material och tillverkningsprocesser som efterliknar dem från naturen. Men, möjligheten att bygga robusta funktionella material och enheter genom självmontering av molekylära komponenter har hittills varit begränsad. Denna forskning introducerar en ny metod för att integrera proteiner med grafenoxid genom självmontering på ett sätt som enkelt kan integreras med additiv tillverkning för att enkelt tillverka biofluidiska enheter som låter oss replikera nyckeldelar av mänskliga vävnader och organ i labbet."
