《Nature Communication》3D打印微生物墨水,，可用于基因工程蛋白質(zhì)納米纖維生產(chǎn)

導(dǎo)讀：麻省理工學(xué)院 (MIT),、西北大學(xué)和其他機(jī)構(gòu)的研究人員首次在不使用除生物材料之外的任何聚合物的情況下,，對生物結(jié)構(gòu)進(jìn)行了3D打印。研究人員利用由大腸桿菌產(chǎn)生的蛋白質(zhì)聚合物分子組成的凝膠,，設(shè)計釋放抗癌藥物或從環(huán)境中捕獲毒素的設(shè)備,。

△微生物墨水3D打印

據(jù)悉，研究人員先將大腸桿菌細(xì)胞基因工程化,，產(chǎn)生稱為卷曲納米纖維的蛋白質(zhì)聚合物分子,。它附有兩個帶相反電荷的模塊，被稱為“旋鈕”和“孔”,。隨著卷曲纖維的產(chǎn)生,，它們會交聯(lián)，旋鈕會被鎖定到孔中,。然后,，在去除大腸桿菌細(xì)胞之前，這種材料通過尼龍膜過濾,，產(chǎn)生足夠粘稠和彈性的可打印凝膠,。這種凝膠被研究人員成為“微生物墨水”。

△將源自纖維蛋白的α（旋鈕）和γ（孔）蛋白結(jié)構(gòu)域與卷曲納米纖維的主要結(jié)構(gòu)成分CsgA融合,，對大腸桿菌進(jìn)行基因工程以產(chǎn)生微生物墨水,。分泌后，CsgA-α和CsgA-γ單體自組裝成納米纖維,，通過旋鈕孔結(jié)合相互作用交聯(lián),。旋鈕和孔域源自纖維蛋白，它們在血凝塊形成過程中的超分子聚合中起關(guān)鍵作用,。最后通過打印微生物墨水獲得功能性生物材料,。

打印之前,，生物墨水被吸入到10毫升Luer-Lok™注射器中，通過標(biāo)準(zhǔn)27G針尖,，和Fisnar的預(yù)制1/4英寸鈍端,，以及升級后的ANET A8（深圳Anet科技有限公司）3D打印機(jī)進(jìn)行生物打印。通過沉積,，研究人員能夠生產(chǎn)出半毫米寬的細(xì)纖維,。并且，它們能夠在相距16毫米的兩根柱子之間拉伸時保持強(qiáng)度,。

△單層網(wǎng)格,，10層方形,，10層圓形，21層實(shí)心錐,。比例尺1毫米

為了進(jìn)一步推進(jìn)該項(xiàng)目,，團(tuán)隊嵌入了一種新型大腸桿菌。這種大腸桿菌被設(shè)計用于釋放抗癌藥物天青素,。當(dāng)暴露于一種叫做IPTG的化學(xué)物質(zhì)時,，天青種子結(jié)構(gòu)可以按需釋放藥物。研究人員還創(chuàng)造了各種能夠產(chǎn)生卷曲纖維的大腸桿菌,，這些纖維可以與雙酚A (BPA,，許多塑料中發(fā)現(xiàn)的有毒物質(zhì)) 結(jié)合。經(jīng)測試,，凝膠能夠在24小時內(nèi)從周圍液體中吸收近30%的毒素,。

相關(guān)文獻(xiàn)：Duraj-Thatte, A.M.,Manjula-Basavanna, A., Rutledge, J. et al. Programmable microbial ink for 3Dprinting of living materials produced from genetically engineered proteinnanofibers. Nat Commun 12, 6600 (2021).

文獻(xiàn)地址：https://www.nature.com/articles/s41467-021-26791-x