3D プリントされた生活構造。 (Joshi et al., Nature Communications, 2021) 私たちは、3D プリントが特定の製造プロセスにどのように革命をもたらすかを見てきました。どこか他の–しかし、これを生きた生物学的構造の生成にも適用できる方法を検討する研究分野が拡大しています.
新しい研究で、科学者は新しいタイプの「生きたインク」またはプログラムから作られたバイオインクの概要を説明しました 大腸菌 細菌細胞を 3D プリントして、さまざまな種類の薬物を放出したり毒素を吸収したりするさまざまな種類のハイドロゲルを作成できます。
このアプローチが以前のバイオインクと異なるのは、遺伝的プログラミングを使用してインク自体の機械的特性を制御する方法です。これにより、完成した材料の最終結果が向上し、インクのより実用的な用途につながります (一部の既存のバイオインクは、室温など）。
印刷されたバイオインクの例。 (Joshi et al., Nature Communications, 2021)
「木には細胞が埋め込まれており、これらの構造構築プログラムを実行するために、周囲から資源を吸収することによって種から木へと変化します。」 化学生物学者のニール・ジョシは言う マサチューセッツ州のノースイースタン大学出身。
「私たちがやりたいことは似たようなことですが、これらのプログラムを、私たちが書いた DNA と遺伝子工学の形で提供します。」
それが機能する方法は、細菌細胞をバイオエンジニアリングして生きたナノファイバーを作成することです.の 大腸菌 細胞を他の物質と組み合わせて繊維を作りました。 フィブリン – 哺乳類の血栓に重要な役割を果たすタンパク質。
これらのタンパク質ベースのナノファイバーは、3Dプリンターに供給され、さまざまな形状に操作できます。以前のバイオインクとは異なり、これは人工物質を一切使用せず、代わりに完全に生物学的です.歯磨き粉のように絞り出しますが、乾かさないと形を保てます。
これまでのところ、この技術は、円、正方形、円錐などの非常に小さなオブジェクトを作成するために使用されてきました。しかし、科学者がこの方法で微生物インクを 3D プリントできることを示した今、将来の可能性が広がります。
「そのコーン全体をグルコース溶液に浸すと、細胞はそのグルコースを食べ、その繊維をさらに作り、コーンをより大きなものに成長させます. ジョシは言う .
そこに生きた細胞があるという事実を活用する選択肢があります。しかし、細胞を殺して不活性物質として使用することもできます.」
実験では、チームはバイオインクを他の微生物と組み合わせて特定のタスクを実行することができました。 癌 薬。将来的には、インクが自己複製するように設計される可能性もあると研究者は述べています。
この研究は以下に基づいています 前の仕事 同じチームによる 大腸菌 細胞は、特定の組織と接触すると自己複製するヒドロゲルに形成される可能性があります。 ムーン と 火星 ここ地球と同じように。
3D プリント可能なバイオインクは、これまでのところ小規模でしか使用されていませんが、最終的には、自己修復構造の構築から、水から危険な化学物質を除去できるボトル キャップの製造まで、あらゆる用途に使用される可能性があります。
「生物学も同様のことができる」 ジョシは言う . 「柔軟な髪の毛と、鹿やサイなどの角の違いを考えてみてください。似たような素材でできていますが、機能は大きく異なります。生物学は、ビルディング ブロックの限られたセットを使用して、これらの機械的特性を調整する方法を見つけ出しました。
この研究は、 ネイチャー・コミュニケーションズ .