3D打印活體器官不是夢(mèng)？
清華大學(xué)化學(xué)系劉冬生課題組DNA水凝膠3D打印研究成果被Nature作為研究亮點(diǎn)報(bào)道
清華新聞網(wǎng)2月28日電 是否有一天，生命體的器官可以實(shí)現(xiàn)3D打印并替代“原裝”的器官？清華大學(xué)化學(xué)系劉冬生課題組合作的研究成果“DNA水凝膠”從材料上又向這一夢(mèng)想邁進(jìn)了一步。
最近，劉冬生課題組與英國瓦特大學(xué)Will Shu（舒文淼）等合作的DNA水凝膠材料成功地應(yīng)用于活細(xì)胞的3D打印，該論文在《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem., Int. Ed.DOI: 10.1002/anie.201411383）發(fā)表并配以“媒體推介”（Press Release）重點(diǎn)報(bào)道。該項(xiàng)成果被2月26日出版的《自然》（Nature）的研究亮點(diǎn)報(bào)道關(guān)注，Nature評(píng)價(jià)該材料是“一種非常有前景的打印三維組織和人工器官的材料”。
3D打印的不同尺寸的DNA水凝膠粒子（其中加入藍(lán)色染料以增加可視性），經(jīng)多次打印，最大尺寸可以達(dá)到厘米級(jí)并且可以自支撐（右上小圖）。
Nature還評(píng)論說：“此凝膠可以通過多層打印實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)結(jié)構(gòu)的構(gòu)建”，“有足夠好的強(qiáng)度維持其形狀、不塌縮也不溶漲，但可以被（特定的）DNA內(nèi)切酶迅速解離”，“共同打印的活細(xì)胞可以保持活性”。
3D打印的三角形結(jié)構(gòu)，邊長1厘米。
水凝膠因其高含水量和類似于細(xì)胞外基質(zhì)的特點(diǎn)，是三維組織打印和人工器官制備的首選基材，也因此成為化學(xué)、材料和生命醫(yī)學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。但直到DNA水凝膠研發(fā)之前，還沒有一種水凝膠材料能夠同時(shí)滿足活細(xì)胞三維打印所要求的細(xì)胞相容性、力學(xué)強(qiáng)度、通透性、快速成型等苛刻條件。
3D打印的清華大學(xué)英文縮寫，每個(gè)字母約1平方厘米。
對(duì)于該項(xiàng)研究成果的突破點(diǎn)，劉冬生教授解釋道：“此項(xiàng)成果的意義在于，我們制備了一類新的水凝膠材料，能夠同時(shí)滿足多項(xiàng)活細(xì)胞3D打印的需求：速度快，可以達(dá)到秒級(jí)成型；條件溫和，過程完全在生理?xiàng)l件下完成，不涉及化學(xué)反應(yīng)以及能夠?qū)?xì)胞造成傷害的外界刺激；強(qiáng)度、通透性好，打印出來的產(chǎn)品最終尺寸可以達(dá)到厘米級(jí)別以上的尺度，不變形和軟化，還能夠保證細(xì)胞生長所需營養(yǎng)物質(zhì)的輸送；此材料還具有非常好的觸變性和自修復(fù)性能，在細(xì)胞生長的同時(shí)可以不斷改變自身的結(jié)構(gòu)，能夠在保證對(duì)細(xì)胞提供足夠支撐的情況下不限制其擴(kuò)增；更重要的是，此凝膠材料可以根據(jù)需要迅速分解不殘留，為將來3D打印器官的活體移植創(chuàng)造了條件。”
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當(dāng)期Nature研究亮點(diǎn)報(bào)道，左下為DNA水凝膠有關(guān)闡述。
劉冬生課題組的科研工作得到了清華大學(xué)自主科研計(jì)劃、國家自然基金委員會(huì)和科技部973計(jì)劃的大力支持。
相關(guān)鏈接：
http://www.nature.com/nature/journal/v518/n7540/full/518458c.html
http://onlinelibrary.wiley.com/journal/10.1002/(ISSN)1521-3773/homepage/press/201505press.html
供稿：化學(xué)系 編輯：襄樺
