Een internationaal team van wetenschappers heeft een nieuw materiaal ontdekt dat in 3D kan worden geprint om weefselachtige vasculaire structuren te creëren.

In een nieuwe studie die vandaag is gepubliceerd in Natuurcommunicatie , onder leiding van professor Alvaro Mata aan de Universiteit van Nottingham en Queen Mary University London, onderzoekers hebben een manier ontwikkeld om grafeenoxide in 3D te printen met een eiwit dat zich kan organiseren in buisvormige structuren die bepaalde eigenschappen van vaatweefsel repliceren.

Professor Mata zei:"Dit werk biedt kansen in biofabricage door simultaan top-down 3D bioprinten en bottom-up zelfassemblage van synthetische en biologische componenten op een ordelijke manier vanaf de nanoschaal mogelijk te maken. Hier, we biofabriceren microschaal capillair-achtige vloeistofstructuren die compatibel zijn met cellen, fysiologisch relevante eigenschappen vertonen, en hebben de capaciteit om stroming te weerstaan. Dit zou de herschepping van vasculatuur in het laboratorium mogelijk maken en implicaties hebben voor de ontwikkeling van veiligere en efficiëntere medicijnen, wat betekent dat behandelingen mogelijk veel sneller patiënten kunnen bereiken."

Materiaal met opmerkelijke eigenschappen

Zelfassemblage is het proces waarbij meerdere componenten kunnen worden georganiseerd in grotere, goed gedefinieerde structuren. Biologische systemen vertrouwen op dit proces om moleculaire bouwstenen controleerbaar te assembleren tot complexe en functionele materialen met opmerkelijke eigenschappen zoals het vermogen om te groeien, repliceren, en robuuste functies uit te voeren.

Het nieuwe biomateriaal wordt gemaakt door zelfassemblage van een eiwit met grafeenoxide. Het assemblagemechanisme zorgt ervoor dat de flexibele (ongeordende) regio's van het eiwit zich kunnen ordenen en zich kunnen aanpassen aan het grafeenoxide, het genereren van een sterke interactie tussen hen. Door de manier waarop de twee componenten worden gemengd te regelen, het is mogelijk om hun assemblage op meerdere schalen in de aanwezigheid van cellen en in complexe robuuste structuren te begeleiden.

Het materiaal kan vervolgens worden gebruikt als een bioinkt voor 3D-printen om structuren te printen met ingewikkelde geometrieën en resoluties tot 10 um. Het onderzoeksteam heeft het vermogen aangetoond om vaatachtige structuren te bouwen in de aanwezigheid van cellen en biologisch relevante chemische en mechanische eigenschappen te vertonen.

Dr. Yuanhao Wu is de hoofdonderzoeker van het project, ze zei:"Er is een grote interesse om materialen en fabricageprocessen te ontwikkelen die die uit de natuur nabootsen. het vermogen om robuuste functionele materialen en apparaten te bouwen door de zelfassemblage van moleculaire componenten was tot nu toe beperkt. Dit onderzoek introduceert een nieuwe methode om eiwitten met grafeenoxide te integreren door zelfassemblage op een manier die gemakkelijk kan worden geïntegreerd met additieve productie om gemakkelijk biofluïdische apparaten te fabriceren waarmee we belangrijke delen van menselijke weefsels en organen in het laboratorium kunnen repliceren."