Новое исследование, опубликованное в Nature Communications (https://www.nature.com/ncomms), описывает 3D-печать оксида графена с белком, который может образовывать трубчатые структуры, копирующие сосудистые ткани. Исследование возглавляет профессор Альваро Мата (Alvaro Mata) из Ноттингемского университета (https://www.nottingham.ac.uk) и Лондонского университета королевы Марии (https://www.qmul.ac.uk).
Профессор Мата объясняет: «Эта работа открывает возможности для биопроизводства, обеспечивая одновременную трехмерную биопечать сверху вниз и самостоятельную сборку синтетических и биологических компонентов снизу вверх в наномасштабах. Здесь мы производим капилляроподобные жидкие структуры, которые совместимы с клетками, проявляют физиологически важные свойства и способны противостоять течению жидкости».
Мата добавляет: «Это может позволить воссоздать сосудистую сеть в лаборатории и повлиять на разработку более безопасных и более эффективных лекарств, а это означает, что лечение потенциально может достичь пациентов гораздо быстрее».
Свойство самосборки описывается как множество компонентов, объединяющихся в более крупные четко определенные структуры, работающие в унисон для достижения общей цели. Многие биологические системы полагаются на самосборку, чтобы собрать молекулярные строительные блоки для сборки более крупных, сложных систем, имеющих определенную функциональность. Жизненные процессы роста, репликации и восстановления зависят от самостоятельной сборки.
Новый биоматериал, обнаруженный в исследовании, является результатом самосборки оксида графена с белком. Исследователи обнаружили, что гибкие, неупорядоченные участки белка соответствуют более однородной структуре оксида графена, создавая сильное взаимодействие между ними. Точно контролируя, как эти два компонента смешиваются, ученые обнаружили, что можно управлять процессом сборки в присутствии клеток для получения сложных, надежных структур.
Затем биоматериал конечного результата можно использовать как биочернила для 3D-печати сложных структур с высоким разрешением. Команда успешно построила сосудисто-эмулирующие структуры в присутствии клеток. Структуры, разработанные в исследовании, показали соответствующие химические и механические свойства, которые позволили им выполнить свое предназначение.
Доктор Юаньхао Ву (Yuanhao Wu), ведущий исследователь проекта, заявил: «Существует большой интерес к разработке материалов и производственных процессов, которые имитируют тем, которые существуют в природе. Однако способность создавать надежные функциональные материалы и устройства посредством самосборки молекулярных компонентов до сих пор была ограничена. Это исследование представляет новый метод для интеграции белков с оксидом графена путем самостоятельной сборки таким образом, чтобы его можно было легко интегрировать с аддитивным производством, для изготовления биожидкостные устройства, которые позволяют нам воспроизводить ключевые части человеческих тканей и органов в лаборатории».
Из-за критичности биочернил в 3D биопечати было проведено много исследований по этой теме. Инженеры Rutgers University из Нью-Джерси ранее разработали собственную версию биочернил, которая позволяет создавать строительные леса для поддержки растущих тканей человека. Важно отметить, что жесткость каркасов можно регулировать в зависимости от смеси используемых чернил, что позволяет применять их для ремонта или замены различных типов тканей.
Исследователи из Чикаго также достигли прогресса в развитии биочернил, занимаясь 3D-печатью функциональных яичников человека. Хотя производство целых органов все еще ожидается через десятилетия, эти исследования привели к крупным достижениям в области биопечати.