莱斯大学和休斯顿大学的化学家和生物工程师团队在他们的工作中取得了重要的里程碑，他们创造了一种可用于在人体外培养生物组织的生物材料。开发一种用于制造定向纳米纤维水凝胶的新型制造工艺可以为损伤后的组织再生提供新的可能性，并提供一种无需使用动物即可测试治疗候选药物的方法。
由化学和生物工程教授 Jeffrey Hartgerink 领导的研究团队开发了基于肽的水凝胶，可以模拟肌肉和神经组织的排列结构。排列对于组织的功能至关重要，但在实验室中复制这一特征具有挑战性，因为它需要排列单个细胞。
十多年来，该团队一直在设计能够自组装成纳米纤维的多结构域肽 (MDP)。这些多结构域肽类似于人体中天然存在的纤维蛋白，就像纳米级的蜘蛛网一样。
在他们最新的研究中，研究人员发现了一种制造定向 MDP 纳米纤维“面条”的新方法，该研究在线发表并登上了《ACS Nano》杂志的封面。他们首先将肽溶解在水中，然后将其挤压到盐溶液中，这样他们就能够制造出定向的肽纳米纤维——就像比细胞还小的扭绳。通过增加溶液中离子或盐的浓度并重复该过程，他们实现了纳米纤维的更大定向。
“我们的研究结果表明，我们的方法可以生产出排列整齐的肽纳米纤维，有效地引导细胞向所需的方向生长，”该研究的主要作者、最近从莱斯大学获得生物工程博士学位的亚当·法希德 (Adam Farsheed) 解释说。“这是朝着创建用于再生医学应用的功能性生物组织迈出的关键一步。”
这项研究的一项重要发现是出乎意料的发现：当肽纳米纤维的排列太强时，细胞不再排列。进一步的研究表明，细胞需要能够“拉”肽纳米纤维才能识别排列。当纳米纤维太硬时，细胞无法施加这种力，无法按照所需的配置排列。
“这种对细胞行为的洞察可能对组织工程和生物材料设计产生更广泛的影响，”Hartgerink 说。“了解细胞如何在纳米尺度上与这些材料相互作用，可以带来更有效的组织构建策略。”
莱斯大学的其他研究合著者包括化学系博士毕业生 Tracy Yu 和 Carson Cole、研究生 Joseph Swain 和本科研究员 Adam Thomas。生物工程本科研究员 Jonathan Makhoul、研究生 Eric Garcia Huitron 和教授 K. Jane Grande-Allen 也是这项研究的合著者。休斯顿大学的研究团队包括博士生 Christian Zevallos-Delgado、研究助理 Sajede Saeidifard、研究助理教授 Manmohan Singh 和工程学教授 Kirill Larin。
这项研究部分由国立卫生研究院 (R01DE021798、R01EY022362、R01HD095520、R01EY030063)、国家科学基金会 (2129122)、国家科学基金会研究生研究奖学金计划和韦尔奇基金会 (C-2141) 提供资助。本新闻稿中的内容完全由作者负责，并不一定代表资助机构的官方观点。