一隊來自羅格斯，新澤西州立大學的生物醫(yī)學工程師將甲基丙烯酸膠原的性質進行獨特組合后，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)學進行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。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度和結構。從組織中提?、裥湍z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。此外，Ⅰ型膠原分級自組裝為強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用于組織工程中。3D打印技術日益受到再生醫(yī)學的歡迎，但Ⅰ型膠原纖維狀的高級結構使其作為生物墨水變得更為復雜。

在之前的研究中，David Shreiber教授和他的團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構，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，目前還在探討其機制。然而，當我們發(fā)現(xiàn)了CMA的熱可逆性，且這個性質可以被感光交聯(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?，現(xiàn)食品藥品管理局的美國醫(yī)學生物工程院院士Kathryn Drzewiecki說。在TECHNOLOGY雜志12月刊的報道中，研究團隊透過面罩將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的海綿，再次水化后仍能保持原有形狀；特定形狀的細胞支架在CMA中包含解離的細胞時也可以被打印出出來。那些細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胞是一致的。

“如今，機械性能被視作為細胞行為的一個重要調節(jié)因素。我們認為對CMA的剛度進行空間調整會成為一個有價值的研究工具，以此探討CMA的基質剛度如何在2D支架或3D環(huán)境中影響細胞行為?！?/span>Shreiber說，“在發(fā)現(xiàn)CMA的熱可逆性后，我們認為CMA可能會在細胞封裝和細胞采集方面有一些有趣的應用?！币虼肆_格斯大學早已批準了非獨家的專利技術CMA，同時作為可調基質底物和生物墨水進入市場?！拔覀兪峙d奮地期待著其他工程師和科學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，”Shreiber總結說，“但這確實是一個意外的發(fā)現(xiàn)?！?/span>