模仿人體組織，對抗細菌

這種新材料屬于一種被稱為水凝膠的物質，它是所有生物中都存在的生命“黏性”物質的本質，比如動物的軟骨和海藻等植物。水凝膠的特性使其在生物醫學研究中非常有用，因為它們可以模擬人體組織，允許細胞在實驗室中生長。

人造水凝膠也廣泛用于從食品和化妝品到隱形眼鏡和吸收材料的各種商品中，最近還用于醫學研究，用于密封傷口和替換受損組織。雖然它們可以充分發揮促進組織生長的空間填充物的作用，但合成水凝膠在重現真實人體組織的復雜特性方面存在不足。

但在今天發表在《Nature Communications》上的一篇研究論文中，新南威爾士大學的科學家們描述了一種新的實驗室制造的水凝膠是如何像天然組織一樣表現的，它具有許多令人驚訝的品質，對醫療、食品和制造技術都有影響。

水凝膠材料是由非常簡單的短肽制成的，而短肽是蛋白質的基本組成部分。這種材料具有生物活性，這意味著被包裹的細胞表現得就像生活在自然組織中一樣。

“同時，這種材料是抗菌的，這意味著它可以防止細菌感染。這種組合使它處于可能用于醫學的材料的**位置。這種材料還可以自我修復，這意味著它在被壓扁、斷裂或從注射器中排出后會重新形成。這使得它成為3D生物打印的理想選擇，或者作為藥物注射材料，”新南威爾士大學材料科學與工程學院和化學學院的副教授Kris Kilian說。

禁閉期間的意外發現

新南威爾士大學化學學院的博士生、該論文的**作者Ashley Nguyen在Covid-19封鎖期間使用計算機模擬得出了這一發現。阮女士當時正在尋找能夠自我組裝的分子——在沒有人為干預的情況下，它們會自發地自我排列——她偶然發現了“色氨酸拉鏈”的概念。這些短鏈氨基酸含有多種色氨酸，就像拉鏈一樣促進自我組裝，被稱為“Trpzip”。

Nguyen表示:“我很興奮地發現，通過計算模擬，我可以識別出一種可能形成水凝膠的獨特肽序列。我們回到實驗室后，我合成了**候選物質，看到它實際上形成了凝膠，我很興奮。”

Nguyen女士表示，這種水凝膠的發現有可能成為廣泛使用的天然材料的道德替代品。

她說:“天然水凝膠在社會上被廣泛使用——從食品加工到化妝品——但需要從動物身上采集，這引起了道德問題。此外，動物來源的材料在人類中使用是有問題的，因為會發生負面的免疫反應。有了Trpzip，我們有了一種合成材料，它不僅在目前使用天然材料的許多領域顯示出潛力，而且在臨床研究等其他領域也可能超越天然材料。”

現實世界的結果

為了測試Trpzip在生物醫學研究中的可行性，Kilian的團隊與悉尼新南威爾士大學生物醫學科學學院的研究員Shafagh Waters博士合作，在她的研究中，她使用Matrigel——一種從小鼠腫瘤中收獲的水凝膠——來培養患者組織。

“Matrigel在研究中有一些缺點，因為每批都不同。化學定義的替代品可能更便宜，更統一，這將證明對生物醫學研究非常有益，”Waters博士說。

Kilian教授指出，天然材料業務是一個價值10億美元的產業，他表示，該團隊熱衷于探索商業化的途徑。“我們認為Trpzip水凝膠和類似的材料將提供一種更統一、更經濟的動物源性產品替代品。如果我們的材料能減少用于科學研究的動物數量，那將是一個巨大的成果。”

下一階段的研究將包括與行業和臨床科學家合作，測試Trpzip凝膠在組織培養中的效用，并探索3D生物打印和干細胞輸送等獨特動態特性的應用。

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