模仿人體組織，對抗細(xì)菌

這種新材料屬于一種被稱為水凝膠的物質(zhì)，它是所有生物中都存在的生命“黏性”物質(zhì)的本質(zhì)，比如動(dòng)物的軟骨和海藻等植物。水凝膠的特性使其在生物醫(yī)學(xué)研究中非常有用，因?yàn)樗鼈兛梢阅M人體組織，允許細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室中生長。

人造水凝膠也廣泛用于從食品和化妝品到隱形眼鏡和吸收材料的各種商品中，最近還用于醫(yī)學(xué)研究，用于密封傷口和替換受損組織。雖然它們可以充分發(fā)揮促進(jìn)組織生長的空間填充物的作用，但合成水凝膠在重現(xiàn)真實(shí)人體組織的復(fù)雜特性方面存在不足。

但在今天發(fā)表在《Nature Communications》上的一篇研究論文中，新南威爾士大學(xué)的科學(xué)家們描述了一種新的實(shí)驗(yàn)室制造的水凝膠是如何像天然組織一樣表現(xiàn)的，它具有許多令人驚訝的品質(zhì)，對醫(yī)療、食品和制造技術(shù)都有影響。

水凝膠材料是由非常簡單的短肽制成的，而短肽是蛋白質(zhì)的基本組成部分。這種材料具有生物活性，這意味著被包裹的細(xì)胞表現(xiàn)得就像生活在自然組織中一樣。

“同時(shí)，這種材料是抗菌的，這意味著它可以防止細(xì)菌感染。這種組合使它處于可能用于醫(yī)學(xué)的材料的**位置。這種材料還可以自我修復(fù)，這意味著它在被壓扁、斷裂或從注射器中排出后會重新形成。這使得它成為3D生物打印的理想選擇，或者作為藥物注射材料，”新南威爾士大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院和化學(xué)學(xué)院的副教授Kris Kilian說。

禁閉期間的意外發(fā)現(xiàn)

新南威爾士大學(xué)化學(xué)學(xué)院的博士生、該論文的**作者Ashley Nguyen在Covid-19封鎖期間使用計(jì)算機(jī)模擬得出了這一發(fā)現(xiàn)。阮女士當(dāng)時(shí)正在尋找能夠自我組裝的分子——在沒有人為干預(yù)的情況下，它們會自發(fā)地自我排列——她偶然發(fā)現(xiàn)了“色氨酸拉鏈”的概念。這些短鏈氨基酸含有多種色氨酸，就像拉鏈一樣促進(jìn)自我組裝，被稱為“Trpzip”。

Nguyen表示:“我很興奮地發(fā)現(xiàn)，通過計(jì)算模擬，我可以識別出一種可能形成水凝膠的獨(dú)特肽序列。我們回到實(shí)驗(yàn)室后，我合成了**候選物質(zhì)，看到它實(shí)際上形成了凝膠，我很興奮。”

Nguyen女士表示，這種水凝膠的發(fā)現(xiàn)有可能成為廣泛使用的天然材料的道德替代品。

她說:“天然水凝膠在社會上被廣泛使用——從食品加工到化妝品——但需要從動(dòng)物身上采集，這引起了道德問題。此外，動(dòng)物來源的材料在人類中使用是有問題的，因?yàn)闀l(fā)生負(fù)面的免疫反應(yīng)。有了Trpzip，我們有了一種合成材料，它不僅在目前使用天然材料的許多領(lǐng)域顯示出潛力，而且在臨床研究等其他領(lǐng)域也可能超越天然材料。”

現(xiàn)實(shí)世界的結(jié)果

為了測試Trpzip在生物醫(yī)學(xué)研究中的可行性，Kilian的團(tuán)隊(duì)與悉尼新南威爾士大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)院的研究員Shafagh Waters博士合作，在她的研究中，她使用Matrigel——一種從小鼠腫瘤中收獲的水凝膠——來培養(yǎng)患者組織。

“Matrigel在研究中有一些缺點(diǎn)，因?yàn)槊颗疾煌；瘜W(xué)定義的替代品可能更便宜，更統(tǒng)一，這將證明對生物醫(yī)學(xué)研究非常有益，”Waters博士說。

Kilian教授指出，天然材料業(yè)務(wù)是一個(gè)價(jià)值10億美元的產(chǎn)業(yè)，他表示，該團(tuán)隊(duì)熱衷于探索商業(yè)化的途徑。“我們認(rèn)為Trpzip水凝膠和類似的材料將提供一種更統(tǒng)一、更經(jīng)濟(jì)的動(dòng)物源性產(chǎn)品替代品。如果我們的材料能減少用于科學(xué)研究的動(dòng)物數(shù)量，那將是一個(gè)巨大的成果。”

下一階段的研究將包括與行業(yè)和臨床科學(xué)家合作，測試Trpzip凝膠在組織培養(yǎng)中的效用，并探索3D生物打印和干細(xì)胞輸送等獨(dú)特動(dòng)態(tài)特性的應(yīng)用。

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