RMIT生物醫(yī)學(xué)工程師已經(jīng)成功制造出一種3D材料，可以模仿自然，將細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌肉。
研究人員首次將胚胎發(fā)育的自然過(guò)程納入其中，構(gòu)建了一種可以更自然地與干細(xì)胞交流的材料，以實(shí)現(xiàn)有效的組織修復(fù)。
這一突破為受傷的人提供了希望，因?yàn)樗麄兊募∪庖騽?chuàng)傷或疾病而無(wú)法自我修復(fù)，人口正在迅速老齡化。在RMIT大學(xué)理查德威廉斯博士的領(lǐng)導(dǎo)下，研究人員將實(shí)驗(yàn)室制造的肽與天然蛋白質(zhì)和聚合物結(jié)合，創(chuàng)建了3D“水凝膠支架”。
支架的天然機(jī)制是將自然發(fā)育環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的信號(hào)結(jié)合起來(lái)，支持和工程化干細(xì)胞為肌纖維。
“我們的干細(xì)胞在發(fā)育過(guò)程中處于最佳狀態(tài)，支架驅(qū)動(dòng)它們產(chǎn)生我們所有的組織和器官；然而，隨著人們的成長(zhǎng)和衰老，他們會(huì)失去這種能力，積累不好的結(jié)構(gòu)，”威廉姆斯說(shuō)。
“因此，當(dāng)身體磨損或損壞時(shí)，特別是當(dāng)我們的人口壽命延長(zhǎng)時(shí)，確實(shí)需要修復(fù)和更換身體部位的方法。”基本上，我們做了一個(gè)支架，向細(xì)胞發(fā)送健康信號(hào)，重組自己，并開(kāi)始生長(zhǎng)構(gòu)成健康肌肉的小纖維。“這就像我們?cè)诮M織發(fā)展和修復(fù)方面最有潛力的時(shí)候?！?
威廉姆斯說(shuō)，這是一個(gè)“簡(jiǎn)單的過(guò)程”，可以提供復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的靈感來(lái)源于自然界發(fā)展過(guò)程中的結(jié)構(gòu)組合，從只有兩個(gè)細(xì)胞開(kāi)始。
他說(shuō)：“我們已經(jīng)開(kāi)發(fā)了一個(gè)簡(jiǎn)單、便宜但功能強(qiáng)大的工具包，以鼓勵(lì)不同環(huán)境下不同組織的生長(zhǎng)?！凹∪獾茸匀唤M織的物理特征非常復(fù)雜，極難模仿?！倍嗄陙?lái)，研究人員一直在制造“組織”信號(hào)，以了解細(xì)胞是如何工作的，但只是在平坦或2D環(huán)境中。
“我們已經(jīng)找到了一種方法，可以在胚胎發(fā)育期間將這種蛋白質(zhì)用于3D支架，并利用這種額外的維度來(lái)潛在地生長(zhǎng)肌肉。
“我們的研究表明，將水凝膠與這些小蛋白結(jié)合是簡(jiǎn)單有效的。事實(shí)上，細(xì)胞接種到組織中后僅24至72小時(shí)，單細(xì)胞就顯著重組為多細(xì)胞結(jié)構(gòu)，并繼續(xù)構(gòu)成功能性肌肉。”
RMIT研究人員正在探索如何生物打印嵌入干細(xì)胞的肌肉，將神經(jīng)、血管和肌肉結(jié)合成實(shí)驗(yàn)室生長(zhǎng)的“備件”。
3D支架如何工作在胚胎發(fā)育期間，干細(xì)胞存在于特定且獨(dú)特的支架中，這使得它們能夠組織成復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，例如組織。隨著年齡的增長(zhǎng)，支架發(fā)生變化，這些信號(hào)的作用更差，可以阻止組織修復(fù)。
研究人員已經(jīng)能夠通過(guò)生成3D材料來(lái)復(fù)制發(fā)育過(guò)程，3D材料向干細(xì)胞發(fā)送正確的信號(hào)，以幫助替換肌肉纖維并修復(fù)損傷。
研究人員的方法基于水凝膠支架——由水和蛋白質(zhì)組成的精致網(wǎng)絡(luò)。支架用蛋白質(zhì)裝飾，提供細(xì)胞生長(zhǎng)所需的結(jié)構(gòu)和信號(hào)。
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