Adv.Funct.Mater.：通過多肽噴墨列印為生物礦化結構編碼細胞微圖案

【引言】

微圖案在各種組織和器官中廣泛存在，它們能夠增強組織和器官的機械性能和一些生物功能。目前，多種生物礦化方法已經被用來仿造天然微圖案化組織的組成、結構甚至功能，主要的方法有光刻、微接觸列印和激光圖案化等。但是這些方法需要十分苛刻的製備條件，而且得到的微圖案與硬基底的結合較差。可見，要設計和製備微圖案實現特定的生物醫學應用仍面臨巨大挑戰。

【成果簡介】

最近，美國塔夫茨大學David L. Kaplan教授和Fiorenzo G. Omenetto教授（共同通訊作者）在Advanced Functional Materials上發表題為「Coding Cell Micropatterns Through Peptide Inkjet Printing for Arbitrary Biomineralized Architectures」的文章。研究團隊受到自然界合成微圖案路徑的啟發，首先利用噴墨列印使得多肽能夠在生物高分子凝膠上直接有序排列，然後通過多肽的原位生物礦化過程實現微圖案上硅納米粒子在特定位點的生產，進而實現了微圖案上人類間充質幹細胞和牛血清白蛋白排列的控制。

【圖文導讀】

圖1細胞編碼微圖案的設計及製備流程示意圖

(a) 結合噴墨列印和原位生物礦化，在蛋白質基底上構築二氧化硅微圖案的設計示意圖；

(b) 蠶絲蛋白水凝膠的形成機理；

(c) 生物硅選擇性多肽催化的生物硅粒子的生物礦化過程。

圖2 水凝膠基底上二氧化硅微圖案的陣列圖

(a) 透明蠶絲蛋白水凝膠上列印的多肽標識圖；

(b) 透明蠶絲蛋白水凝膠上FITC標記的多肽圖案的熒光圖；

(c) 透明蠶絲蛋白水凝膠上生物礦化的多肽標識圖；

(d) 整個自支持蛋白質體系可以輕易地從用於凝膠化的容器中取出；

(e) 透明蠶絲蛋白水凝膠上線性排列的礦化微圖案的示意圖（左圖）和SEM圖片（右圖）；

(f) 礦化微圖案上二氧化硅粒子的AFM形貌圖；

(g) (f)圖中對應的納米粒子尺寸分布圖；

(h, i) 顯示兩條線之間的間隙空間解析度的SEM圖。

圖3 水凝膠上顯示生物硅微圖案結構細節紅外

mapping圖

(a) 矩形微圖案的顯微圖像；

(b) 顯示二氧化硅納米粒子吸收強弱的等高線圖；

(c) (a)圖中FTIR圖像中白色虛線範圍內提取的單像素光譜；

(d) 紅線/綠線光譜圖顯示結構主要為無規線團或者螺旋結構；

(e) 藍線光譜圖顯示結構為β片層和β轉角。

圖4生物硅微圖案水凝膠和對比水凝膠上人類

間充質幹細胞的陣列

(a-c) 人類間充質幹細胞在蠶絲蛋白水凝膠的生物硅微圖案上排列；

(d-f) 人類間充質幹細胞在非圖案化的蠶絲蛋白水凝膠上展現出常規形貌；

(g) F-肌動蛋白染色的人類間充質幹細胞熒光照片；

(h) (g)圖中部分區域放大圖；

(i) 人類間充質幹細胞在生物硅微圖案上的縮放視圖（左）和SEM圖像（右）；

(j) 軟體計算得到的細胞排列的圖形展示；

(k) 微圖案和對比水凝膠上細胞分布的相干係數。

圖5 生物硅微圖案上牛血清白蛋白的陣列

(a, b) 含有FITC標記的牛血清白蛋白和R5多肽且硅化後的微圖案熒光圖像；

(c, d) 僅有FITC標記的牛血清白蛋白且硅化後的微圖案熒光圖像。

【小結】

該文章結合多肽噴墨列印和原位生物礦化過程，實現了人類間充質幹細胞和牛血清白蛋白的陣列化製備，而且避免了苛刻的製備條件和複雜的處理過程。該種方法還適用於多種物質的圖案化製備，如多肽、生長因子和生物大分子等。總體來說，這種功能性微圖案的設計策略可以在界面組織工程、細胞移植，甚至細胞感測器等領域發揮作用，必將促進對細胞基礎功能的進一步理解。

文獻鏈接：Coding Cell Micropatterns Through Peptide Inkjet Printing for Arbitrary Biomineralized Architectures(Adv. Funct. Mater. 2018, DOI: 10.1002/adfm.201800228)

本文由材料人高分子和生物學術組Gaxy供稿，材料牛審核整理。

材料牛網站專註於跟蹤材料領域科技及行業進展，這裡彙集了各大高校碩博生、一線科研人員及行業從業員，如果您對於跟蹤材料領域科技進展，解讀高水平文章或評述行業有興趣，點我加入材料人編輯部。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！