一隊來自羅格斯，新澤西州立大學(xué)的生物醫(yī)學(xué)工程師將甲基丙烯酸膠原的性質(zhì)進(jìn)行獨特組合后，展示了膠原作為生物墨水潛力巨大的一面，由膠原制成的生物墨水可以供組織工程和再生醫(yī)學(xué)進(jìn)行3D支架的簡單光刻法印刷。Ⅰ型膠原是人體中存在最為普遍的蛋白質(zhì)。作為最主要的形成膠原蛋白的纖絲成分，Ⅰ型膠原為許多軟組織提供了強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)。從組織中提取Ⅰ型膠原也十分簡單，因此它常被用作體外研究中的二維或三維基質(zhì)。此外，Ⅰ型膠原分級自組裝為強(qiáng)有力且靈活的纖維的能力和出色的物種間生物相容性都使其廣泛應(yīng)用于組織工程中。3D打印技術(shù)日益受到再生醫(yī)學(xué)的歡迎，但Ⅰ型膠原纖維狀的高級結(jié)構(gòu)使其作為生物墨水變得更為復(fù)雜。

在之前的研究中，David Shreiber教授和他的團(tuán)隊用甲基丙烯酸酯使Ⅰ型膠原賴氨酸殘基功能化，組成膠原蛋白甲基丙烯胺酰胺，或稱為CMA。CMA保留了Ⅰ型膠原的三重螺旋結(jié)構(gòu)，和自組裝成纖維和纖維狀共聚凝膠的能力。CMA還具有對光不穩(wěn)定性，在暴露于紫外線造成的自由基時會以纖維形式發(fā)生交聯(lián)。出乎意料的是，CMA同時展示出熱可逆性：在低溫和生理pH條件下，膠原和CMA均以三重螺旋懸架的形式存在；當(dāng)溫度上升到37℃時，兩者都會形成纖維狀共聚凝膠；然而溫度下降時，Ⅰ型膠原會維持纖維狀共聚凝膠狀態(tài)，但CMA會解離成三重螺旋或短的寡聚物，回復(fù)為懸架狀態(tài)；升溫后CMA會再度組成纖維狀共聚凝膠。CMA感光交聯(lián)成為共聚凝膠后就使喪失了熱可逆性。

“我們沒想到CMA具有熱可逆性，目前還在探討其機(jī)制。然而，當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)了CMA的熱可逆性，且這個性質(zhì)可以被感光交聯(lián)消除時，就意識到Ⅰ型膠原和甲基丙烯酸酯的聯(lián)合可以使CMA成為支架3D打印生物墨水的完美之選?！痹搶嶒炇业那把芯可F(xiàn)食品藥品管理局的美國醫(yī)學(xué)生物工程院院士Kathryn Drzewiecki說。在TECHNOLOGY雜志12月刊的報道中，研究團(tuán)隊透過面罩將CMA共聚凝膠暴露于紫外線和光引發(fā)劑下，共聚凝膠的特定區(qū)域就會發(fā)生交聯(lián)。隨后將發(fā)生空間交聯(lián)的凝膠置于冰箱中“低溫融化”未暴露的區(qū)域，融化的部分可以被沖洗掉，從而分離出模式化的交聯(lián)共聚凝膠。

Shreiber和他的團(tuán)隊展示了分辨率為350μm的平板印刷支架。可能令人印象更深刻的是，利用普通辦公室用激光打印機(jī)打印出來的光掩膜，他們可以打印出與面罩宏觀特點幾乎相同的支架。這種支架經(jīng)過冷凍干燥可以形成膠原蛋白為基礎(chǔ)的海綿，再次水化后仍能保持原有形狀；特定形狀的細(xì)胞支架在CMA中包含解離的細(xì)胞時也可以被打印出出來。那些細(xì)胞顯示了很好的生存能力，遷移能力和表型行為，這與和膠原共聚凝膠支架相互作用的細(xì)胞是一致的。

“如今，機(jī)械性能被視作為細(xì)胞行為的一個重要調(diào)節(jié)因素。我們認(rèn)為對CMA的剛度進(jìn)行空間調(diào)整會成為一個有價值的研究工具，以此探討CMA的基質(zhì)剛度如何在2D支架或3D環(huán)境中影響細(xì)胞行為?！?/span>Shreiber說，“在發(fā)現(xiàn)CMA的熱可逆性后，我們認(rèn)為CMA可能會在細(xì)胞封裝和細(xì)胞采集方面有一些有趣的應(yīng)用?！币虼肆_格斯大學(xué)早已批準(zhǔn)了非獨家的專利技術(shù)CMA，同時作為可調(diào)基質(zhì)底物和生物墨水進(jìn)入市場?！拔覀兪峙d奮地期待著其他工程師和科學(xué)家們使用我們的材料?！?/span>

“我很樂意解釋為，使CMA具備熱可逆性是我們的研究目標(biāo)，”Shreiber總結(jié)說，“但這確實是一個意外的發(fā)現(xiàn)?！?/span>