一种新型弹性纤维织物由在肌肉组织中发现的蛋白质连接在一起,可以为正在生长的新器官提供支架。它也可以用作绷带的涂层,以促进伤口迅速愈合,减少疤痕。该纤维织物是在哈佛大学工程和应用科学学院教授凯文•基特•帕克(Kevin Kit Parker)的实验室中制造的。
当身体长出新组织,细胞分泌纤维连接蛋白——一种牢固的有弹性的蛋白质,其可以作为支撑支架。纤维连接蛋白的形状和结构引导新细胞的后续生长,以便生成的组织形成正确的结构。
帕克的研究团队通过把纤维连接蛋白分子沉积到憎水型聚合物表面的顶部创造了这种纤维织物。这使得通常捆绑在一起的蛋白质被解体。接下来,蛋白质层被压印到玻璃片顶部的一种可溶解的亲水聚合物片上。往混合物中加水,并加热到室温,使蛋白质连接在一起形成纤维织物。这一过程还溶解了聚合物,使纤维织物可以被剥落和收集起来。
该研究小组用这种材料制成了10纳米厚、约2.5厘米宽的样品。研究人员可以通过使用不同的蛋白质,或改变它们的排列方式控制该构造的结构和机械特性。
不同的研究小组正在研究在实验室中培育替代组织的方法,但主要的挑战在于为新细胞的生长提供正确的方向。研究人员之前已经通过清除所获得的肝脏和心脏中的活细胞,或者通过创建由聚合物制成的细胞骨架来制造蜂窝状支架。
通过用蛋白质制造新的支架,帕克的研究团队可以确定支架结构的方向提示,从而引导细胞在所需的方向生长。采用天然的蛋白质,而不是用合成聚合物或脱细胞的器官,可以减少新器官在植入时被排斥的可能性。
一次试验中,研究小组在一片成品纤维织物顶端培育心脏肌肉细胞。该纤维织物使肌肉细胞连接在一起,形成的组织在接受电刺激时能“跳动”,时间持续了一周。
康奈尔大学(Cornell University)纺织品纳米技术实验室(Textiles Nanotechnology Laboratory)主任及助理教授胡安?海涅斯特罗扎(Juan Hinestroza)说:“这是一个很巧妙的方法。控制支架结构的做法非常,非常新颖。而且具有可扩展性——你可以用它来制作更大的模型。”
不同于为器官重建制造三维支架,新的构造可以嵌在绷带中,加速伤口愈合,减少疤痕形成。
该材料还有其他的新用途。具有有吸引力一个特点是它非比寻常的弹性。纤维连接蛋白的蛋白质构成了该纤维织物线状物的基础,也是可以使肌肉收缩和放松的分子体系的一部分。
帕克说:“当你收缩肌肉时(纤维连接蛋白)像弹簧一样被压缩,而当你放松时,它又回到原处。”这种结构赋予该纤维织物弹性,并允许它能被拉伸到原先长度的18倍。帕克说:“当你拉伸该纤维织物时,你展开的蛋白质”提供了额外的力量。
帕克的研究小组正在探索这种新纤维织物的机械性能,研究其强度和延伸性。新的压印方法可以让他们制造更大、更复杂的纤维织物。帕克说:“基础的技术已完成。现在我们需要促进多种应用。”
促进器官生长帮助伤口愈合
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