膠原蛋白是人體結(jié)構(gòu)中普遍且主要的組成部分，但其精細(xì)的存在方式仍然籠罩著一些神秘色彩。在一項(xiàng)新的研究中，研究人員深入研究了膠原蛋白內(nèi)部的定向機(jī)制，以闡明這種蛋白質(zhì)一些鮮為人知的方面及其在未來應(yīng)用中的潛力。

人體充滿了復(fù)雜性，即使在最微小的細(xì)節(jié)上也是如此，例如組織內(nèi)膠原蛋白結(jié)構(gòu)的排列方向。膠原蛋白有助于賦予我們的組織結(jié)構(gòu)、穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度。盡管已經(jīng)存在一些可以模擬膠原蛋白結(jié)構(gòu)的方法，但沒有一種方法能夠達(dá)到所需的精確度，也沒有考慮到成本效益或安全性。

來自橫濱國(guó)立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種利用流體裝置和三維 (3D) 打印技術(shù)來構(gòu)建具有多方向性的復(fù)雜定向組織的方法。他們的研究發(fā)表在《ACS Biomaterials Science & Engineering》雜志上。

橫濱國(guó)立大學(xué)副教授、本研究的作者飯島一智表示：“通過使用一種利用流動(dòng)來定向膠原纖維和細(xì)胞的技術(shù)，可以在使用 3D打印機(jī)構(gòu)建的流體通道中制造具有多方向性的復(fù)雜定向組織。”

目前的方法，包括磁力對(duì)齊和靜電紡絲，都存在挑戰(zhàn)：前者會(huì)在模型中殘留磁珠，而后者則需要使用揮發(fā)性有機(jī)溶劑。在新模型中，不需要磁珠或揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)，只需要膠原蛋白。然而，模仿皮膚真皮或顱骨等復(fù)雜定向結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)依然存在。

研究人員發(fā)現(xiàn)，使用一種利用流動(dòng)來定向這些膠原纖維和細(xì)胞的技術(shù)可以通過 3D打印機(jī)來構(gòu)建。膠原束的排列方向會(huì)影響細(xì)胞的行為和功能，因此，組織擁有正確的排列方向是其正常功能的關(guān)鍵。

研究人員在流體通道（一種旨在引導(dǎo)流體流動(dòng)的微觀通道）中使用 I 型膠原蛋白溶液與細(xì)胞混合，該流體通道使用的是 3D打印的主模具。在這種條件下，研究人員開發(fā)了一種模型，該模型能夠在水平和垂直方向上為多方向定向組織實(shí)現(xiàn)精細(xì)的微觀定向結(jié)構(gòu)。

這是通過有意引導(dǎo)膠原蛋白結(jié)構(gòu)的流動(dòng)來定向所需的纖維、原纖維和成纖維細(xì)胞來實(shí)現(xiàn)的。對(duì)定向膠原蛋白水凝膠的尺寸和方向的控制提供了精確的精細(xì)組織構(gòu)建，而這正是此類構(gòu)建技術(shù)一直缺乏的細(xì)節(jié)。

橫濱國(guó)立大學(xué)教授、該研究的作者丸尾昭二表示：“該系統(tǒng)將能夠利用精細(xì)的多方向定向生物材料支架定制組織特異性模型，以制備各種定向生物組織?！?/p>

組織模型的進(jìn)一步開發(fā)將闡明排列方向所帶來的功能的重要性。研究人員希望未來能夠?qū)⑦@種方法應(yīng)用于移植和體外組織模型。