自我修复和抗菌的新材料可以彻底改变人体组织的生长

“Trpzip”材料在被压扁、断裂或从注射器中排出后会重新形成。

　　

新南威尔士大学悉尼分校的研究人员开发出一种新型材料，有可能彻底改变人体组织在实验室中的生长方式，并用于医疗程序。

这种新材料属于一种被称为水凝胶的物质，它是所有生物中都存在的生命“黏性”物质的本质，比如动物的软骨和海藻等植物。水凝胶的特性使其在生物医学研究中非常有用，因为它们可以模拟人体组织，允许细胞在实验室中生长。人造水凝胶也广泛用于从食品和化妆品到隐形眼镜和吸收材料的各种商品中，最近还用于医学研究，用于密封伤口和替换受损组织。虽然它们可以充分发挥促进组织生长的空间填充物的作用，但合成水凝胶在重现真实人体组织的复杂特性方面存在不足。

但在今天发表在《Nature Communications》上的一篇研究论文中，新南威尔士大学的科学家们描述了一种新的实验室制造的水凝胶是如何像天然组织一样表现的，它具有许多令人惊讶的品质，对医疗、食品和制造技术都有影响。

新南威尔士大学材料科学与工程学院和化学学院的副教授Kris Kilian说，水凝胶材料是由非常简单的短肽制成的，而短肽是蛋白质的基本组成部分。这种材料具有生物活性，这意味着被包裹的细胞表现得就像生活在自然组织中一样。克里安说。

“同时，这种材料是抗菌的，这意味着它可以防止细菌感染。这种组合使它处于可能用于医学的材料的最佳位置。这种材料还可以自我修复，这意味着它在被压扁、断裂或从注射器中排出后会重新形成。这使得它成为3D生物打印的理想选择，或者作为药物注射材料。”

禁闭期间的意外发现

新南威尔士大学化学学院的博士生、该论文的第一作者Ashley Nguyen在COVID-19封锁期间使用计算机模拟得出了这一发现。Nguyen女士当时正在寻找一种可以自我组装的分子，这种分子可以在没有人为干预的情况下自行排列，她偶然发现了“色氨酸拉链”的概念。这些短链氨基酸含有多种色氨酸，就像拉链一样促进自我组装，被称为“Trpzip”。

Nguyen表示:“我很兴奋地发现，通过计算模拟，我可以识别出一种可能形成水凝胶的独特肽序列。我们回到实验室后，我合成了最理想的候选物质，看到它实际上形成了凝胶，我很兴奋。”

这种水凝胶的发现有可能成为广泛使用的天然材料的道德替代品。

Nguyen说:“天然水凝胶在社会上被广泛使用——从食品加工到化妆品——但需要从动物身上采集，这引起了道德问题。此外，动物来源的材料在人类中使用是有问题的，因为会发生负面的免疫反应。有了Trpzip，我们有了一种合成材料，它不仅在目前使用天然材料的许多领域显示出潜力，而且在其他领域(如临床研究)也可能超过天然材料。”       

真实的结果

为了测试Trpzip在生物医学研究中的可行性，A/Prof。Kilian的团队与悉尼新南威尔士大学生物医学科学学院的研究员Shafagh Waters博士合作，在她的研究中，她使用Matrigel——一种从小鼠肿瘤中收获的水凝胶——来培养患者组织。

“Matrigel在研究中有一些缺点，因为每批都不同。化学定义的替代品可能更便宜，更统一，这将证明对生物医学研究非常有益，”沃特斯博士说。

Kilian教授指出，天然材料业务是一个价值10亿美元的产业，他表示，该团队热衷于探索商业化的途径。

“我们认为Trpzip水凝胶和类似的材料将提供一种更统一、更经济的动物源性产品替代品。如果我们的材料能减少用于科学研究的动物数量，那将是一个巨大的成果。

下一阶段的研究将包括与行业和临床科学家合作，测试Trpzip凝胶在组织培养中的效用，并探索3D生物打印和干细胞输送等独特动态特性的应用。

参考文献:Hierarchical assembly of tryptophan zipper peptides into stress-relaxing bioactive hydrogels