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1250萬人患有視力喪失，因?yàn)楦緵]有足夠的角膜捐贈(zèng)者。去年我們報(bào)道了紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)的一個(gè)3D生物打印角膜，看起來非常有希望。

2019年2月15日，筆者獲悉，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)胞組成的材料，其在暴露于特定外部刺激時(shí)改變形狀，組成和/或功能。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)”，根據(jù)論文摘要。

超過五天，CCCG彎曲成角膜形狀。 Miotto解釋了這種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)。”

她還描述了4D生物材料如何能夠增強(qiáng)當(dāng)前的3D生物打印工作，并表示“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，或者之后將其移除。打印過程的準(zhǔn)確性對(duì)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?！?/p>

使用4D生物材料對(duì)整個(gè)器官進(jìn)行3D生物打印可能還有一段距離，但該技術(shù)在不久的將來仍可用于治療應(yīng)用。 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?！把芯咳藛T已經(jīng)在研究3D打印的動(dòng)脈支架，所以這是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的期望。