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纤维蛋白的发现可能会改善生物打印 组织工程

宾夕法尼亚州立大学的一个研究小组说,诸如胶原蛋白和纤维蛋白原之类的纤维蛋白在水溶液的表面上形成了一层薄的固体层,类似于在温暖的牛奶上形成的“皮肤”。他们相信这一发现可能会导致更有效的生物打印和组织工程。

在人体中,纤维蛋白为细胞和组织提供结构支持,并有助于生物力学。胶原蛋白占我们皮肤的80%和肌肉的10%,而纤维蛋白原则通过形成水凝胶纤维蛋白来帮助血液凝结。

“胶原蛋白和纤维蛋白原蛋白溶液在组织工程应用中被广泛用作胶原蛋白和纤维蛋白水凝胶的前体,”工程科学和力学专业的研究生Hemanth Gudapati说。“这是因为胶原蛋白和纤维蛋白被用作组织工程的结构材料,类似于它们在人体中的作用,它们是无毒的,可生物降解的,并且模仿细胞的天然微环境。”

Gudapati和他的研究人员在“软物质”杂志上首次报道,由于蛋白质在空气/水界面的聚集,纤维状蛋白质在水表面形成了固体层。该固体层会干扰溶液流的准确测量,而流变是对流体性质(例如流量)的研究。以前,仅证明了另一种主要蛋白质,即球状蛋白质,在空气/水界面处形成了这些固体层。

准确的流变学测量对于成功的生物打印至关重要。粘度的测量对于识别哪些蛋白质溶液可能可打印以及检测不同批次的纤维蛋白之间的流动行为不一致很重要。

古达帕蒂说:“胶原蛋白和纤维蛋白原是从动物中提取的,它们的流动行为会随着时间的推移而变化。”

反过来,这给生物打印结果的一致性带来了挑战。

Gudapati说:“对流动行为的准确测量有助于在生物打印过程中可靠或一致地输送蛋白质溶液。” “这有助于制造可靠的芯片上的器官装置和疾病模型。”

用于精确测量的潜在解决方案是添加表面活性剂,例如聚山梨酯80,以防止在空气/水界面处形成膜。

该研究还确定了可以通过喷墨生物打印可打印的蛋白质溶液浓度,以及确定了生物打印操作参数。

古达帕蒂说,他们的研究还有其他发现需要进一步调查。这些包括空气/水界面处聚集的纤维蛋白可能会从界面释放的可能性,以及这些蛋白质聚集物可能导致蛋白质在溶液中进一步积聚。

Gudapati说:“进一步的大量聚集可能是胶原纤维排列不当或体外纤维蛋白机械强度差的原因之一,这是目前组织工程应用面临的挑战。”

该工作是在Hartz工程科学与力学家庭职业发展副教授Ibrahim Ozbolat的实验室中与材料科学与工程和化学工程教授Ralph Colby共同完成的。

“科尔比博士的呈球状的工作蛋白的解决方案影响我们的工作,” Gudapati说。“例如,在我们开始研究时,我们意识到纤维蛋白在空气/水界面的行为可能类似于球状蛋白。”

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