新的生物制造方法创造了一个支架来指导多种组织的再生

器官、肌肉和骨骼由多种类型的细胞和组织组成，这些细胞和组织被精心组织以执行特定的功能。例如，肾脏能够过滤血液中的废物是因为它们特殊的细胞和组织的排列方式。破坏这个组织会极大地影响细胞和组织的有效工作。

另一个例子是关节软骨，它存在于骨头的连接处。这种类型的软骨提供了一种缓冲材料来保护骨的末端，并通过一个称为骨-软骨界面的梯度区域与骨紧密结合，骨-软骨界面指的是与骨相关，软骨-软骨相关。当关节软骨缺失或受损，导致衰弱性疼痛。

与某些组织不同，软骨不能再生。它缺乏血管来支持这种修复。受伤或损伤后，软骨退化会发展，导致骨关节炎，影响着大约2700万美国人。

“医疗干预是再生骨软骨组织的唯一途径，”Lehigh大学材料科学与工程与生物工程助理教授Lesley Chow说。“为了成功再生这个软骨并使其具有功能，我们必须考虑到功能与软骨和骨骼都有关系。如果软骨没有良好的固定，那就没有意义了。你可以让漂亮的软骨再生，但如果不是紧贴在下面的骨头上，它就无法持久。”

这提出了一个巨大的工程挑战，周说，因为很难创造一个由两个非常不同的组织组成的器官。她说，我们需要的是一种组织工程方法，这种方法要尊重组织在自然界形成的多成分和组织性质，“然后我们就有能力创造出耐用的东西。”

Chow在该领域努力解决了这种挑战的努力。她和她在Lehigh的Chow实验室的团队展示了一种制造脚手架在空间组织的提示中制造脚手架的新方法，以控制一种材料内本地的细胞行为。他们的概念验证纸，发表在生物材料科学，被称为:“3d打印与肽聚合物缀合物单步制造空间功能化支架。”这项工作是由里海大学的研究生Paula Camacho(生物工程)和Hafiz Busari(材料科学与工程)以及合著者Kelly Seims(材料科学与工程)、Peter Schwarzenberg(机械工程与力学)和Hannah L. Dailey，里海大学机械工程和力学助理教授领导的。他们的发表展示了如何使用他们的平台来创建连续的、高度组织的支架来再生两种不同的组织，比如骨软骨界面中的组织。

Chow的实验室创造了生物材料脚手架生物可降解聚合物它是长链分子，可以在体内随着时间降解。支架广泛应用于组织工程中，为细胞提供结构支持，以及化学线索，“告诉”细胞将成为哪种细胞或形成何种组织。用于组织再生的早期阶段，支架被设计为植入体内，然后降解为新的组织形式。

CHOW的团队使用3-D印刷技术来控制具有不同材料组成的“油墨”的沉积。通过将可生物降解的聚合物与肽改性的聚合物混合来制备这些油墨。由氨基酸组成的肽向细胞提供生物活性提示。

“我们从文学和自然中知道我们想要的氨基酸序列，”咸。“我们可以采取一段我们知道在讲述细胞生长新组织中并从意义上窃取性质，我们扮演特异性和重要作用。我们服用肽并将其贴在聚合物上并在我们建造时添加我们的脚手架。我们使用3-D印刷作为控制这些肽官能化聚合物的组织以及脚手架的架构”。

一旦该团队制造了这种支架，他们就会在其中“播种”细胞，比如人类间充质干细胞，这些细胞可以被诱导对肽做出反应，变成不同的细胞类型。

随着Chow解释，改变脚手架的属性只是改变打印机中加载的墨水的问题。该团队可以修饰肽浓度以及位置，它们可以用多于一种油墨组合物来做到这一点。

“我们正在做的是创造一个环境，在一个支架中同时促进两个不同组织的再生，”Chow说。“我们制造了一种具有正确提示的支架——一种促进软骨，一种促进骨骼——所有这些都在一种材料中。然后你就有了一个单独的支架，你不必担心界面上的机械故障，因为你有一个单一的材料，而不是“粘”两个单独的支架在一起，然后只希望最好的。

在论文中，作者展示了它们使用两个非常熟悉的肽的方法的有效性。它们描述了如何用细胞粘附基质RGDS或其阴性对照率合成肽改性的聚合物缀合物。为了证明肽官能化的空间控制，使用多个打印头以交替模式以相同的构造将缀合物印刷成相同的构造。与设计的设计，与RGES（叠氮化物） - 聚合物缀合物纤维相比，优先附着并展开RGDS（Biotin） - 聚合物缀合物纤维。这说明了空间肽官能化如何在单一生物材料中影响局部细胞行为。这种优惠附件表明，该技术具有创建脚手架的实际潜力，使科学家能够指导“细胞要粘的地方”。

据Chow说，大多数支架制造技术都涉及到创建后的修饰，这可能会导致不必要的结果，比如化学物质在均匀浓度下的分布。然而，原生组织不是这样组织的。

“我们的平台旨在真正控制细胞如何自我排列，”Chow说。“这就像建一个房子，然后看看哪个房间最喜欢。而且，我们发现细胞真的注意到了。他们注意到两种不同的线索。他们会注意到线索是否有组织。”

卡马乔补充说:“对我们来说，有精确的控制来让细胞做我们想让它们做的事情是非常重要的。”

卡马乔目前的项目之一是应用该团队的支架生物制造平台，以工程骨软骨组织形成。卡马乔和她的同事们将细胞种子支架放在恒温箱中培养，培养温度为体温(37摄氏度或98.6华氏度)，加入5%的二氧化碳，以模拟人体内部的条件。他们评估什么样的组织细胞在不同时间点的形态和行为。这让他们得以一窥哪些支架最有可能成功。

“现在我正在测试两种不同的缩氨酸，”卡马乔说。“一种是诱导人类间充质干细胞分化为软骨细胞，或软骨细胞。另一种肽试图让它们分化成骨骼。我用一个或两个以不同方式组织的肽来构建这些支架。我想看看细胞反应它 - 如果他们比另一个人更喜欢。我的表征他们在文化中最多42天做了什么。“

虽然该团队正在进行一些具体的项目，包括骨软骨工作，但他们的目标是让其他研究人员能够使用这个平台，并最终帮助该领域向前发展。

“我们认为这提出了一个多功能平台，可以产生多功能生物材料，可以模仿原生组织中发现的生物化学组织以支持功能再生，”周。

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