想象一下，為外科醫(yī)生更換一個患病或受傷的器官，進行功能齊全的實驗室植入物替換手術。這仍然是科幻小說，而不是現(xiàn)實，因為今天的研究人員試圖將細胞組織成復雜的3D排列，我們的身體可以自己掌握。
在實驗室培養(yǎng)器官和組織的過程中，有兩個主要障礙需要克服。首先是使用生物相容的3D支架，細胞可以在其中生長。第二種方法是用正確配置的生化信息裝飾支架，以觸發(fā)所需器官或組織的形成。
作為將這一希望變?yōu)楝F(xiàn)實的重要一步，華盛頓大學的研究人員開發(fā)了一種技術，可以通過使用影響細胞行為的基于蛋白質的生化信息來修飾天然存在的生物聚合物。他們的方法發(fā)表在《美國國家科學院院刊》年1月18日那一周。這種方法使用近紅外激光觸發(fā)蛋白質信息與生物聚合物(如膠原蛋白)制成的支架的化學粘附，生物聚合物是遍布我們全身的結締組織。
威斯康星大學化學工程和生物工程副教授科爾德福特說，哺乳動物細胞對附著在3D支架上的蛋白質信號的反應符合預期。這些支架上的蛋白質觸發(fā)了細胞內信息傳遞途徑的改變，從而影響細胞生長、信號轉導等行為。
德福特說，這些方法可能會形成基于生物的支架的基礎，這些支架有一天可能會使功能實驗室中生長的組織成為現(xiàn)實。他還是西澳大利亞大學分子工程和科學研究所以及西澳大利亞大學干細胞和再生醫(yī)學研究所的教員。
德福特說：“這種方法為我們提供了我們一直在等待的機會，可以更好地控制天然衍生生物材料的細胞功能和命運——不僅在三維空間，而且隨著時間的推移?！薄按送猓昧嗽?D可以控制的極其精確的光化學，同時獨特地保留了蛋白質的功能和生物活性?！?
德福特在這個項目上的同事是第一作者，前UW化學工程和生物工程博士后研究員伊萬巴塔洛夫和合著者凱里史蒂文斯，后者是UW生物工程和實驗室醫(yī)學與病理學的助理教授。
他們的方法是該領域的第一種方法，它在空間上控制天然生物材料內部的細胞功能，而不是合成衍生材料。包括德福特在內的幾個研究小組已經開發(fā)了基于光的方法，通過使用蛋白質信號來修飾合成支架。然而，天然生物聚合物對于組織工程來說可能是更有吸引力的支架，因為它們天然地具有細胞為結構、通訊和其他目的所依賴的生化特性。
德福特說：“像膠原蛋白這樣的天然生物材料固有地包含許多與天然組織中發(fā)現(xiàn)的信號線索相同的信號線索?！薄霸谠S多情況下，這些類型的材料通過向細胞提供類似于體內遇到的信號，讓細胞‘更快樂’?！?
他們研究了兩種類型的生物聚合物：膠原蛋白和纖維蛋白，一種參與血液凝固的蛋白質。他們將它們組裝成一種叫做水凝膠的充滿液體的支架。
研究小組給水凝膠添加的信號是蛋白質，它是細胞的主要信使之一。蛋白質有很多種形式，它們都有自己獨特的化學特性。因此，研究人員設計了他們的系統(tǒng)，并采用了一種將蛋白質附著在水凝膠上的通用機制，即兩個化學基團(烷氧基胺和醛)之間的結合。在水凝膠組裝之前，他們用烷氧基胺基團修飾膠原或纖維蛋白前體，并用“籠子”物理封閉，防止烷氧基胺過早反應。籠子可以用紫外或近紅外激光拆除。
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