《Nature Communication》3D打印微生物墨水,可用于基因工程蛋白质纳米纤维生产

2021 年 11 月 30 日

麻省理工学院 (MIT)、西北大学和其他机构的研究人员首次在不使用除生物材料之外的任何聚合物的情况下,对生物结构进行了3D打印。研究人员利用由大肠杆菌产生的蛋白质聚合物分子组成的凝胶,设计释放抗癌药物或从环境中捕获毒素的设备。

微生物墨水3D打印

      据悉,研究人员先将大肠杆菌细胞基因工程化,产生称为卷曲纳米纤维的蛋白质聚合物分子。它附有两个带相反电荷的模块,被称为“旋钮”和“孔”。随着卷曲纤维的产生,它们会交联,旋钮会被锁定到孔中。然后,在去除大肠杆菌细胞之前,这种材料通过尼龙膜过滤,产生足够粘稠和弹性的可打印凝胶。这种凝胶被研究人员成为“微生物墨水”。

△将源自纤维蛋白的α(旋钮)和γ(孔)蛋白结构域与卷曲纳米纤维的主要结构成分CsgA融合,对大肠杆菌进行基因工程以产生微生物墨水。分泌后,CsgA-α和CsgA-γ单体自组装成纳米纤维,通过旋钮孔结合相互作用交联。旋钮和孔域源自纤维蛋白,它们在血凝块形成过程中的超分子聚合中起关键作用。最后通过打印微生物墨水获得功能性生物材料。

      打印之前,生物墨水被吸入到10毫升Luer-Lok™注射器中,通过标准27G针尖,和Fisnar的预制1/4英寸钝端,以及升级后的ANET A8(深圳Anet科技有限公司)3D打印机进行生物打印。通过沉积,研究人员能够生产出半毫米宽的细纤维。并且,它们能够在相距16毫米的两根柱子之间拉伸时保持强度。

单层网格,10层方形,10层圆形,21层实心锥。比例尺1毫米

为了进一步推进该项目,团队嵌入了一种新型大肠杆菌。这种大肠杆菌被设计用于释放抗癌药物天青素。当暴露于一种叫做IPTG的化学物质时,天青种子结构可以按需释放药物。研究人员还创造了各种能够产生卷曲纤维的大肠杆菌,这些纤维可以与双酚A (BPA,许多塑料中发现的有毒物质) 结合。经测试,凝胶能够在24小时内从周围液体中吸收近30%的毒素。


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