大阪大学科学家开发出基于丝纤维的新型生物墨水

aau讯（编辑 吴昕烜）据外媒报道，日本大阪大学的研究人员开发出了一种基于丝纤维的新型生物墨水。该新型生物墨水可以制造细胞结构，并提高可打印性。

据了解，通过从原始蚕丝中除去丝胶蛋白并将其研磨成纳米纤维，科学家们能够将这种材料整合到一系列注入细胞和聚合物的生物墨水中。研究发现，在3D打印过程中，纤维可以积极地将细胞的内部压力降到最低，这提高了细胞的存活能力，并使它们保留了复杂的形状。

利用他们的新型生物打印材料，该团队3D打印了一系列基于细胞的物体，包括一个鼻子形状的结构，同时保持其85%以上的组成细胞存活。鉴于他们的生物墨水是基于与人类相容的蚕丝，研究人员相信，在未来，它可以在真实的生物医学应用中得到应用。

“我们的丝纤维是生物墨水细胞打印介质的优秀添加剂，”Shinji Sakai说。“它们与许多介质兼容，如含有明胶、壳聚糖或透明质酸的介质，这使它们具有广泛的潜在应用前景。”

利用新型生物墨水，研究人员能够3D打印几个复杂的结构，包括一个鼻子形状的物体。图片来自今日生物杂志。

先进的生物3D打印墨水

近年来，生物3D打印技术作为一种模拟功能器官和组织的细胞载体结构，引起了人们的广泛关注。尽管这些新方法已经显示出巨大的治疗潜力，并产生了各种微型3D打印人体部件，但这项技术距离最终应用仍需数年时间。

例如，德克萨斯大学埃尔帕索分校(UTEP)的科学家们在2020年1月打印了3D迷你心，并将它们送往国际空间站进行测试。在其他地方，明尼苏达大学的一个团队已经用生物3D打印机打印了一个微型且能跳动的人类心脏，而联合治疗公司已经翻新了一个工厂，打算用3D打印技术打印更大规模的肾脏。

许多这样的微型器官都是通过一个附着在3D打印机上的微型喷枪制作的，以一层一层的方式挤压一个充满细胞的生物墨水而制造出来的。使用基于挤压的方法可以创建复杂的结构，材料可以定制来控制细胞增殖和分化，但它们也有缺点。

挤压生物墨水的问题在于，它们的可打印性通常是通过增加黏度来提高的，但这在打印过程中会造成剪切应力，进而破坏墨水的细胞。为了解决这一问题，一些研究人员使用了纤维素纳米纤维等纳米材料作为支撑添加剂，这些添加剂已被证明可以使生物墨水具有更强的打印弹性。

目前，许多添加支撑的生物墨水需要针对每个应用程序定制，这使得它们很难在更广泛的基础上推广。作为一种替代方法，大阪的研究小组假设，可以将丝素纳米纤维(SFNFs)用作一种添加剂，以生产一种生物墨水，在不限制相容性的情况下提高细胞活力。

尽管大阪团队在测试过程中成功地3D打印出了一个耳廓形状的结构，但它的复杂程度远不及它的“鼻子”。图片来自生物杂志《今日材料》。

众所周知，在现代医学中，丝绸经常用于缝合线、手术网和织物，目前正在进行临床试验，以评估其伤口愈合能力。然而，为了获得这些药用价值，通过“脱胶”过程将丝胶从蚕丝中去除至关重要，因为这种化学物质已被证明会对人体组织产生炎症。

因此，大阪的研究小组开始了他们的实验，他们获得了直径为100-300纳米的脱胶丝，并将其磨入水中，产生分散的丝素纤维。丝绸提取物随后被灭菌，并与10%体积的胎牛血清、明胶和水聚合物混合物混合。

一旦团队的混合物在CO2培养箱中被加湿，就可以使用辣根过氧化物酶（HRP）催化的反应将其交联，从而在印刷过程中提高强度。利用基于挤出的系统，该小组将3D新型SFNF材料汇总到了几行单元中。

研究小组的新生物墨水不仅被证明比普通细胞打印更具一致性，而且还能产生更复杂的物体。该团队继续成功地制造了鼻子和耳朵形状的结构，最终证明了SFNFs作为一种添加剂提高打印性能的有效性。

研究人员还通过制造一系列含有10T1/2细胞的成纤维细胞来构建物测试他们的生物墨水的细胞活力，包括sfnf增强凝胶和非支撑结构的混合物。1小时后，这些物体显示出相同水平的生存能力，分别为92.5%和92.7%，9天后，SFNF结构的细胞生存能力超过85%。

因此，研究小组得出结论，他们的生物墨水添加剂对生物打印结构中的细胞存活率没有不利影响，同时证明了强大的、易于处理的机械性能。研究人员认为，在未来，他们的新型SFNFs可以作为纤维素纤维的替代品，作为一种增强生物墨水剪切减薄行为的手段。

目前，该团队将研究结果撰写在题为“丝素蛋白纳米纤维：用于生物3D打印的新型生物墨水”的论文中，并发表在《今日材料》生物杂志上。且该报告由sakai, a.g isi, s.g urai, K.Horii和o.g nagasuna共同完成。

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