光固化生物材料研究成果獲得ACS Applied Materials & Interfaces封面刊載
近日，材料領(lǐng)域知名期刊ACS applied and interfaces（中科院一區(qū)TOP類）以封面文章形式發(fā)表了中國科學(xué)院沈陽自動化研究所在生物打印材料領(lǐng)域的最新進(jìn)展（Collagen-Based Thiol–Norbornene Photoclick Bio-Ink with Excellent Bioactivity and Printability. Doi:10.1021/acsami.0c16714）。該研究首次合成的降冰片烯修飾的光固化膠原蛋白，能夠快速響應(yīng)光刺激，構(gòu)建高分辨率、含活細(xì)胞的類生命結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)生物制造技術(shù)細(xì)胞載體材料的原創(chuàng)性突破。
類生命機(jī)器人及活體器官的制造是機(jī)器人領(lǐng)域的前沿方向，但目前體外碳基類生命機(jī)器人構(gòu)建的基礎(chǔ)材料，往往難以同時(shí)滿足可加工性和良好的生物相容性。膠原蛋白是人體細(xì)胞外基質(zhì)的主要成分，具有極佳的生物相容性，也是最為常用的生物材料之一。但是含有細(xì)胞的膠原蛋白的制造精度和生物活性者兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)始終難以獲得平衡：低濃度的含細(xì)胞膠原由于成型速度慢，力學(xué)強(qiáng)度差，很難加工出理想的結(jié)構(gòu)；高濃度的含細(xì)胞膠原具有剪切變稀的特性，具有較好的可加工性能，但由于自組裝纖維網(wǎng)絡(luò)過于密集，細(xì)胞很難生長。
沈陽自動化所器官制造課題組的科研人員使用雙功能的光敏基團(tuán)改性了天然的膠原蛋白，在維持其完整分子結(jié)構(gòu)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了等電點(diǎn)的轉(zhuǎn)變和秒級光交聯(lián)固化，大大提高了膠原蛋白的中性溶解度以及成型速度，克服了困擾膠原打印多年的關(guān)鍵難題，使膠原蛋白成為了一種可以精密加工的活細(xì)胞載體?？蒲腥藛T通過系統(tǒng)性的測試，證明了該材料具有媲美天然膠原的細(xì)胞增殖和伸展活性。并可以通過多種方式進(jìn)行精密的加工和制造。值得一提的是，研究人員在這種新型膠原凝膠中成功構(gòu)建了血管和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，為類生命機(jī)器人的營養(yǎng)供應(yīng)和神經(jīng)控制提供了新的基質(zhì)材料選擇。
長期以來，沈陽自動化所器官制造課題組專注于先進(jìn)生物打印裝備的開發(fā)及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用，致力于構(gòu)建體外器官改善患者的生活質(zhì)量。團(tuán)隊(duì)開發(fā)的神經(jīng)支架、椎間融合器等多項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入科研臨床。研究成果先后發(fā)表在了Biofabrication，ACS applied material and interfaces等頂級國際學(xué)術(shù)期刊上。
該研究得到了科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院先導(dǎo)項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金、機(jī)器人學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的支持。
