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角膜移植是角膜功能喪失的主要治療方法之一，但70名需要角膜移植的人中只有一人接受了這種治療，導(dǎo)致約1250萬人視力喪失，因?yàn)楦緵]有足夠的角膜捐贈者。但是去年我們報(bào)道了紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的一個(gè)生物3D打印角膜，看起來非常有希望。


現(xiàn)在，同一紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)組織工程博士后研究員Martina Miotto創(chuàng)造了一種由4D生物材料制成的自組裝角膜。 4D生物材料是由生物相容性基底和活組織細(xì)胞組成，其在暴露于特定外部刺激時(shí)改變形狀。含有角膜細(xì)胞（CCCGs）的膠原蛋白凝膠表現(xiàn)出收縮，Miotto和她的團(tuán)隊(duì)之前發(fā)現(xiàn)肽兩親分子的存在抑制了收縮行為。因此，他們使用兩個(gè)CCCG創(chuàng)建了同心圓，其中一個(gè)使用肽兩親物，一個(gè)沒有，“生產(chǎn)具有內(nèi)部刺激機(jī)制的4D生物材料，使用收縮細(xì)胞作為生物執(zhí)行器來改變組織形狀和結(jié)構(gòu)”。




超過五天，CCCG彎曲成角膜形狀。 Miotto解釋了新興的4D行為：“每個(gè)細(xì)胞的力都很小，但它們可以將一英寸寬的組織塊整形成角膜狀結(jié)構(gòu)?！?br />
她還描述了4D生物材料如何能夠增強(qiáng)當(dāng)前的生物3D打印工作，“通過4D打印的發(fā)明可以使這項(xiàng)技術(shù)更進(jìn)一步，在制造過程完成后可以通過折疊自組裝的結(jié)構(gòu)的打印，就像我們的角膜一樣。打印可以將自身排列成更復(fù)雜形狀的生物結(jié)構(gòu)意味著您不需要生產(chǎn)支架來打印細(xì)胞，還方便之后將其移除。印刷過程的準(zhǔn)確性對于精確定位使細(xì)胞在生物材料內(nèi)收縮的基于肽的分子非常有用。“

使用4D生物材料對整個(gè)器官進(jìn)行生物3D打印可能還有一段距離，但該技術(shù)在不久的將來可能會應(yīng)用于臨床。 Miotto提供了一個(gè)可能的例子：“該過程可用于創(chuàng)建變形支架，以防止血管堵塞。一個(gè)封閉的支架可以很容易地注入血液中，然后通過受傷部位的細(xì)胞收縮力打開，避免了手術(shù)的需要。研究人員已經(jīng)在研究3D打印的動脈支架，所以這是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的期望。