科学家实现利用脂肪组织进行3D生物打印

科学家实现利用脂肪组织进行3D生物打印 一种使用脂肪组织的新型 3D 生物打印方法可以打印分层的活体皮肤和毛囊，有望改善重建手术和毛发生长治疗的效果。 这项专利技术在老鼠身上进行了成功的测试，可以彻底改变治疗皮肤损伤和增强美容手术的方法。该团队的研究结果发表在《生物活性材料》上。 美国专利商标局于二月份授予该团队一项在本研究中开发和使用的生物打印技术的专利。宾夕法尼亚州立大学工程科学与力学、生物医学工程和神经外科教授易卜拉欣·T·奥兹博拉特 (Ibrahim T. Ozbolat) 表示：“用于纠正因受伤或疾病而造成的面部或头部创伤的重建手术通常并不完美，会导致疤痕或永久性脱发。通过这项工作，我们证明了生物打印的全层皮肤具有在老鼠身上生长毛发的潜力。 这距离实现更自然、更美观的人类头部和面部重建又近了一步。”他领导了开展这项工作的国际合作。虽然科学家之前已经对薄层皮肤进行了 3D 生物打印，但 Ozbolat 和他的团队是第一个在术中打印多个皮肤层（包括最底层或皮下组织）的完整生命系统的。 研究人员表示，术中指的是在手术期间打印组织的能力，这意味着该方法可用于更立即、无缝地修复受损皮肤。 顶层作为可见皮肤的表皮在中间层的支撑下自行形成，因此不需要打印。 皮下组织由结缔组织和脂肪组成，为头骨提供结构和支撑。宾夕法尼亚州立大学博士后研究员 Miji Yeo 检查 3D 打印机上的生物墨盒，该打印机专为术中打印皮肤层而开发。 图片来源：米歇尔·比克斯比/宾夕法尼亚州立大学“皮下组织直接参与干细胞变成脂肪的过程，”奥兹博拉特说。 “这个过程对于包括伤口愈合在内的几个重要过程至关重要。 它还在毛囊循环中发挥作用，特别是促进头发生长。”皮肤生物打印的突破研究人员首先从宾夕法尼亚州立大学健康米尔顿·赫尔希医疗中心接受手术的患者身上获取人体脂肪或脂肪组织。 合作者迪诺·J·拉夫尼克 (Dino J. Ravnic) 是宾夕法尼亚州立大学医学院整形外科系的外科副教授，他带领他的实验室获得了用于提取细胞外基质的脂肪细胞外基质是分子和蛋白质的网络，为细胞提供结构和稳定性。 组织制造生物墨水的一种成分。Ravnic 的团队还从脂肪组织中获得了干细胞，如果提供正确的环境，干细胞有可能成熟为几种不同的细胞类型，从而制造另一种生物墨水成分。 每个组件都被加载到生物打印机的三个隔室之一中。 第三个隔室充满了凝血溶液，有助于其他成分正确地结合到受伤部位。“这三个隔室使我们能够在精确控制下共同打印基质-纤维蛋白原混合物和干细胞，”Ozbolat 说。 “我们直接打印到损伤部位，目标是形成皮下组织，这有助于伤口愈合、毛囊生成、温度调节等。”他们获得了皮下组织和真皮层，表皮在两周内自行形成。“我们在大鼠身上进行了三组研究，以更好地了解脂肪基质的作用，我们发现基质和干细胞的共同传递对于皮下组织的形成至关重要，”Ozbolat 说。 “它不能仅对细胞或基质有效地起作用它必须同时起作用。”他们还发现皮下组织含有向下生长，这是早期毛囊形成的初始阶段。 研究人员表示，虽然脂肪细胞不直接参与毛囊的细胞结构，但它们参与毛囊的调节和维护。“在我们的实验中，脂肪细胞可能改变了细胞外基质，以更有利于向下生长的形成，”奥兹博拉特说。 “我们正在努力推进这一目标，以控制密度、方向性和生长的方式使毛囊成熟。”奥兹博拉特表示，在创伤的受伤或患病部位精确生长毛发的能力可能会限制自然重建手术的表现。 他说这项工作提供了一条“充满希望的前进道路”，特别是与他实验室的其他项目相结合，包括打印骨骼和研究如何匹配各种肤色的色素沉着。“我们相信这可以应用于皮肤科、毛发移植以及整形和重建手术它可能会带来更加美观的结果，”奥兹博拉特说。“凭借全自动生物打印能力和临床级兼容材料，这项技术可能会对精确重建皮肤的临床转化产生重大影响。”编译自:ScitechDaily ... PC版： 手机版：

新研究将角蛋白微球作为一种安全有效的生发疗法的潜在应用

新研究将角蛋白微球作为一种安全有效的生发疗法的潜在应用 我们自身也会产生这种蛋白质，其作用是一样的，即保持头发、皮肤和指甲的健康和强壮。鉴于角蛋白的生物相容性，人们已经探索将其作为抗癌、抗菌和伤口愈合药物的载体。皮肤的表层（表皮）是渗透的屏障，这既是好事也是坏事。表皮层是抵御病原体和化学物质的屏障，同时也能阻止治疗药物进入。而毛囊则是进入皮肤深层的潜在途径。在一项新研究中，日本筑波大学的研究人员创造了一种由水溶性角蛋白小球组成的凝胶，这种凝胶可以穿透毛囊让小鼠重新长出头发。皮肤解剖毛囊基部有负责调节毛发生长的真皮乳头细胞微球是一种从有机或无机来源提取的纳米球形颗粒，已显示出通过毛囊向皮肤输送治疗药物的潜力。在目前的研究中，研究人员合成了水溶性角蛋白三维微球。与水接触后，微球膨胀，形成凝胶。七周大的雄性小鼠用脱毛膏拔掉了背部的一部分毛发。它们被分成几组，分别接受米诺地尔（一种用于治疗模式性脱发的药物）、角蛋白、微球角蛋白或水的治疗，在无毛部位局部涂抹20天。每天对小鼠进行监测，并在第 0 天、第 10 天和第 20 天拍摄照片。收集所有组中经过处理的皮肤，以分析其基因表达。在角蛋白微球处理组中，毛发在处理后第二天开始重新生长，随后生长速度加快。这种效果与米诺地尔治疗小鼠的效果相似。角蛋白处理组的毛发再生不如角蛋白微球处理组明显。分析表明，角蛋白微球组中上调的基因主要与调节毛囊发育等皮肤功能有关。参与应激反应、组织发育和维持皮肤稳定的基因的表达也有所增加。角蛋白微球处理触发了干细胞相关基因，激活了毛发生长途径和毛囊发育。与对照组相比，角蛋白微球还能明显减少促炎标记物的表达。综合考虑这些因素，角蛋白微球疗法在促进毛囊生长阶段的同时，还具有抗炎活性。所有治疗组的小鼠 图/贝贾维等人随后，研究人员在调节毛囊生长的人类毛囊细胞真皮乳头细胞上对微球进行了测试。结果表明，微球可被表皮吸收，到达真皮乳头细胞，激活这些细胞及其相关的毛发生长标记。研究发现，微球对细胞无毒。"研究人员说："我们观察到，微球治疗成功穿透表皮各层，到达真皮乳头，并显著激活了与毛发生长相关的标记物。"这些研究结果表明，微球角蛋白能刺激毛发生长过程，并进一步增强皮肤各层之间的相互作用"。研究人员说，他们的角蛋白微球有可能推动药物输送方法的发展，应用于皮肤和毛发相关的研究和疾病。进一步的研究将探索微球角蛋白作为靶向给药和载体系统治疗毛囊相关疾病的具体方法。这项研究发表在《ACS 应用生物材料》杂志上。 ... PC版： 手机版：

小小食肉微生物的脖子伸长了30倍 令人惊叹

小小食肉微生物的脖子伸长了30倍 令人惊叹 Lacrymaria olor"颈部 "伸展和缩回的并排对比图。研究人员发现，类似折纸的褶皱使这种变形成为可能，微管在其中确定了折叠褶皱。图片来源：普拉卡什实验室这种微生物世界中的小猎手依靠将脖子伸长到体长的 30 倍来发动致命攻击，对于它来说，错综复杂的折纸状细胞几何结构是关键所在。根据《科学》杂志上的一项新研究，这种几何形状使单细胞捕食者Lacrymaria olor 的颈状突起能够迅速过度伸展。这些发现不仅解释了L. olor的极端变形能力，而且有可能激发软物质工程或机器人系统设计方面的创新。众所周知，单细胞原生生物具有实时动态形态变化的能力，包括细胞结构的巨大变化。这些生物需要承受巨大的应变和应变率才能完成这样的举动。其中一种名为L. olor 的原生动物会伸出类似颈部的突起来捕捉远处的猎物。这种微小的 40 微米单细胞生物可以在不到 30 秒的时间内反复将这种突起伸展到 1200 微米，然后以同样快的速度缩回。然而，产生L. olor极端过度伸展性的基本机制仍然未知。为了在亚细胞水平上观察这些机制，Eliott Flaum 和 Manu Prakash 结合使用了活体成像、共聚焦和透射电子显微镜。他们发现，类似折纸的分层皮层细胞骨架和膜结构使L. olor能够快速伸展和收缩。研究结果表明，细胞膜被折叠成15个具有传导性的褶皱，这些褶皱共同构成了一种弯曲的折纸，可以依次展开，从而实现颈部快速、可重复的过度伸展。这种复杂的折叠方案以微管丝螺旋结构为支架，微管丝引导膜褶皱，确保在形状变化过程中快速高效地展开和重新折叠。为了更好地了解其中的动力学原理，弗劳姆和普拉卡什开发了一个机械纸模型，模仿L. olor的弯曲折痕折纸结构。莱昂纳多-戈迪略和恩里克-塞尔达在《视角》一文中对研究结果进行了更详细的讨论。编译来源：ScitechDaily参考资料：DOI: 10.1126/science.adk5511DOI: 10.1126/science.adn9351 ... PC版： 手机版：

谷蛋白可以模仿真实肉类的质地和成分 助力人造肉生产

谷蛋白可以模仿真实肉类的质地和成分 助力人造肉生产 此外，价格低廉的植物蛋白可以作为这些细胞培养物的基础。最近发表在《ACS 生物材料科学与工程》（ACS Biomaterials Science & Engineering）上的研究结果表明，非过敏性小麦蛋白谷蛋白能成功培养出横纹肌层和扁平脂肪层，将它们结合在一起可产生类似肉类的质地。培养细胞需要一个基质或支架来粘附，以生产实验室培育的肉类。植物蛋白可食用、含量丰富且价格低廉，因此是很有吸引力的支架候选材料。此前的研究表明，由麸质蛋白制成的植物薄膜是培养牛骨骼肌细胞的成功基质。但是，要使这种技术生产出有希望的肉类替代品，肌肉细胞需要形成排列整齐的纤维，与真实组织的质地相似。此外，三维结构中还需要加入脂肪，以复制传统肉制品的成分。麸质蛋白是麸质中的一种蛋白质，患有乳糜泻或对麸质蛋白敏感的人通常不会对这种蛋白质产生反应，为了利用麸质蛋白的这一优势，姚雅、约翰-袁、李春梅、大卫-卡普兰及其同事希望用它来开发基于植物的薄膜，以培育有质感的肌肉细胞和脂肪层。研究人员从小麦麸质中分离出谷蛋白，并形成了平面和脊状图案的薄膜。然后，他们将发育成骨骼肌的小鼠细胞沉积在蛋白质基底上，并将细胞覆盖的薄膜培养两周。细胞在平膜和脊膜上生长和增殖。不出所料，与在明胶制成的对照薄膜上生长的细胞相比，谷蛋白薄膜的性能要差一些，但这也足够了。研究人员说，还需要进一步改进细胞附着在植物基薄膜上的方式，以接近在动物源生物材料上的生长情况。在培养的第二周，图案化薄膜上的细胞形成了长长的平行束，再现了动物肌肉的纤维结构。通过在植物蛋白基底中加入脊，培养的肌肉细胞以模仿动物肌肉纤维排列的模式生长。来源：改编自《ACS 生物材料科学与工程》2024 期，DOI: 10.1021/acsbiomaterials.3c01500在另一项试验中，将产生脂肪组织的小鼠细胞沉积在平整的谷蛋白薄膜上。在培养期间，随着细胞的增殖和分化，它们产生了可见的脂质和胶原蛋白沉积。附着在可食用谷蛋白薄膜上的培养肉和脂肪层可以堆叠起来，形成类似肉类的三维替代蛋白质。研究人员说，由于谷蛋白材料基底支持纹理动物肌肉和脂肪层的生长，因此它可用于制造更逼真的培养肉制品。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

美国农业部批准令人惊叹的"萤火牵牛花"上市销售

美国农业部批准令人惊叹的"萤火牵牛花"上市销售 萤火牵牛花在白天与普通牵牛花没有区别，但由于从天然生物发光蘑菇中拼接了一些基因，它们的叶子和花朵在黑暗中会发出柔和的绿光，在边缘和新生长的地方，绿光的强度会增加。这种效果非同一般，突出了植物的自然形态。植物越健康，获得的阳光越多，发出的光就越亮，甚至可以达到月光的亮度。与其他生物发光植物和动物不同，这些植物不需要任何特殊的人工养料或栽培过程。因为它们的发光与新陈代谢过程成正比，所以栽培时可以在它们旁边贴上熟透的香蕉皮，这样就能让它们发出更亮的光，因为香蕉皮会释放出一种乙烯生长激素，加速植物的新陈代谢。以前的一些发光植物是利用萤火虫基因设计的，而萤火牵牛花则采用了我们在 2020 年报道过的俄罗斯发光烟草植物背后的相同工艺。从本质上讲，赋予植物细胞强度和硬度的木质素含有一种叫做咖啡酸的分子。生物发光蘑菇中也含有同样的分子，但这些蘑菇中也有一对酶，能将咖啡酸转化为发光分子荧光素。第三种酶将荧光素氧化，释放出光子，第四种酶将氧化后的荧光素重新转化为咖啡酸，从而重新开始发光过程。这些萤火虫牵牛花中的 DNA 可以让它们产生相同的酶，从而达到相同的效果。这并不是一门特别新的科学35 年多前，第一批这种生物发光植物就在实验室里展示过。但由于获得了美国农业部的批准，它们现在完全可以在美国毗连地区不受限制地销售。我个人认为它们看起来非常神奇，白天是家庭盆栽，晚上则是基因工程的绝妙代表。据《自然》杂志报道，Light Bio 公司现在已经为它们标上了价格标签一盆 4 英寸的花盆售价 29 美元，花蕾正在生长，将长到 8-10 英寸大小，并将于 4 月份接受首批 50000 份订单的预购。编译来源：ScitechDaily ... PC版： 手机版：

这张由由活体皮肤制成的微笑机器人脸看着令人有些不安

这张由由活体皮肤制成的微笑机器人脸看着令人有些不安 但是，在某些情况下，亿万年进化所产生的巧妙机械很可能比人造皮肤（也在不断发展中）或更简单的表面更好。然而，这种活体组织表面将如何附着在机器人肢体或"面部"的机械基础上？在人类和其他动物身上，有一个韧带网络将皮肤固定在下层肌肉和组织上。我发现这种方法非常有效。东京大学和哈佛大学的研究人员想测试一下，他们是否能创造出这样一种版本，让活体皮肤既能紧贴人造基底，又能在不同方向上进行操作，而不会出现撕裂或意外变形。他们的"真皮等效"效果如何？一起来评判吧：当然，现在看来这很可怕，但它并不是为了逼真或美观，只是为了说明一种将活体组织附着到机器人底盘上的潜在方法。是的，这正是终结者 T-100 模型所具有的功能，但我们还是不要想太多了。除了潜入过去摧毁人类的未来之外，披着皮肤的机器人还能做各种有用的事情。正如他们所说的那样，"培养皮肤"可以自我愈合，携带与我们的皮肤一样的生物传感器，提供灵敏的触感，还可以在医疗或人际交往方面发挥作用。但前提是，它能在皮肤上保持活力，并能像我们日常使用皮肤时那样随意移动。这就是本文想要展示的部分内容：一种可用于脸部或作为脸部的附着和操纵工作方法。 ... PC版： 手机版：