단백질을 이용한 미세다공성 기능성 생체소재 바이오프린팅

Jan 11, 2024

Nature Communications 14권, 기사 번호: 322(2023) 이 기사 인용

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살아있는 재료는 재료과학과 생물학을 결합하여 새로운 기능을 갖춘 생명체 시스템의 엔지니어링 및 증강을 가능하게 합니다. 바이오프린팅은 부드러운 물질에 세포를 프로그래밍할 수 있게 증착함으로써 이러한 복잡한 물질의 형성을 정확하게 제어할 수 있다고 약속하지만, 현재의 접근 방식은 강력한 거시적 형태를 생성하면서 세포 미세 환경을 미세 조정하는 데 성공이 제한적이었습니다. 여기에서는 추가 처리를 위해 코어-쉘 마이크로겔 잉크를 사용하여 구조 쉘에서 세포 미세 환경을 분리함으로써 이러한 문제를 해결합니다. 세포는 미생물 집단과 포유류 세포 타원체의 형성을 촉진할 수 있는 점성 코어에 미세 유체로 고정된 다음 입자 간 어닐링을 통해 제어된 미세 다공성을 갖춘 공유 안정화된 기능성 지지체를 제공합니다. 결과는 코어-쉘 전략이 세포 배양에 유리한 환경을 제공하면서 세포 누출을 완화한다는 것을 보여줍니다. 또한, 우리는 다양한 미생물 집단이 다양한 응용 분야에 대한 지지체로 인쇄될 수 있음을 보여줍니다. 미생물 집단을 별도의 마이크로겔로 분류함으로써 스캐폴드의 집단적 생물처리 능력이 크게 향상되어 생물처리 능력으로 살아있는 물질을 강화하는 전략을 밝힙니다.

살아있는 재료는 살아있는 세포를 무생물 구성 요소에 통합하는 복잡한 재료입니다1,2. 구성 세포와의 상호 작용 특성에 따라 이러한 물질은 비계 기능을 제공하는 생체 비활성 매체부터 세포 행동을 지시할 수 있는 세포 교육 생체 물질8,9,10까지 다양할 수 있으며 최근에는 심지어 생물막의 자연적 형성을 모방하는 세포에 의해 생성된 유전적으로 프로그래밍 가능한 매트릭스입니다. 이러한 복합 재료의 기능성은 대부분 내장된 셀에서 비롯됩니다. 따라서 재료는 항상 세포의 성장과 적절한 기능을 지원해야 합니다. 그러나 일반적으로 최종 구조가 처리, 전달, 보존, 재사용이 가능하고 세포를 보호할 수 있는 물리적 형태를 나타내기 위한 기능적 요구 사항으로 인해 거시적 재료 특성에 대한 강한 제약이 있습니다. 재료와 생물학의 시너지 효과는 세포 과정에 대한 우리의 이해를 극적으로 변화시켰을 뿐만 아니라16 재생 의학을 위한 세포의 치료적 전달에서17,18,19 온디맨드에 이르기까지 수많은 응용 분야에 생체 시스템을 설계할 수 있는 역량을 제공했습니다. 미생물 생물처리를 통한 고부가가치 화학물질 생산6,7.

세포의 공간적 분포를 조작하는 것은 살아있는 물질 분야에서 가장 많이 요구되는 기능 중 하나입니다. 바이오프린팅은 다양한 세포 친화적인 부드러운 소재와의 호환성과 다양성으로 인해 가장 많은 관심을 끌었습니다. 예를 들어, 바이오프린팅을 사용하면 생체 활성 하이드로겔에 포유동물 세포를 프로그래밍 가능하게 증착하여 생체 의학에서 엄청난 번역 가치를 보유하는 기본 조직의 복잡함과 이질성을 더 잘 요약하는 3D 생물학적 구성을 만들 수 있습니다. 바이오프린팅 미생물은 또한 역동적인 박테리아 공동체에 대한 이해를 높이고26 바이오프로세싱 향상에 대한 통찰력을 제공하기 때문에 최근 몇 년 동안 응용 분야가 증가한 것으로 나타났습니다. 그러나 현재의 바이오프린팅 루틴은 바이오잉크의 고유한 기계적 및 유변학적 특성이 세포 미세 환경에서 적절하게 분리될 수 없기 때문에 향상된 재료 제조 가능성을 위해 세포에 대한 적합성을 종종 교환합니다. 더욱이, 서로 다른 세포 공동체 간의 강력한 상호 작용을 확립하기 위해 잘 정의된 세포 틈새로 임의의 거시적 물질 형태를 구성하는 것은 여전히 ​​​​어려운 일입니다.