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角膜移植是角膜功能喪失的主要治療方法之一，但70名需要角膜移植的人中只有一人接受了這種治療，導致約1250萬人視力喪失，因為根本沒有足夠的角膜捐贈者。但是去年我們報道了紐卡斯爾大學的一個生物3D打印角膜，看起來非常有希望。


現在，同一紐卡斯爾大學組織工程博士后研究員Martina Miotto創造了一種由4D生物材料制成的自組裝角膜。 4D生物材料是由生物相容性基底和活組織細胞組成，其在暴露于特定外部刺激時改變形狀。含有角膜細胞（CCCGs）的膠原蛋白凝膠表現出收縮，Miotto和她的團隊之前發現肽兩親分子的存在抑制了收縮行為。因此，他們使用兩個CCCG創建了同心圓，其中一個使用肽兩親物，一個沒有，“生產具有內部刺激機制的4D生物材料，使用收縮細胞作為生物執行器來改變組織形狀和結構”。




超過五天，CCCG彎曲成角膜形狀。 Miotto解釋了新興的4D行為：“每個細胞的力都很小，但它們可以將一英寸寬的組織塊整形成角膜狀結構。”

她還描述了4D生物材料如何能夠增強當前的生物3D打印工作，“通過4D打印的發明可以使這項技術更進一步，在制造過程完成后可以通過折疊自組裝的結構的打印，就像我們的角膜一樣。打印可以將自身排列成更復雜形狀的生物結構意味著您不需要生產支架來打印細胞，還方便之后將其移除。印刷過程的準確性對于精確定位使細胞在生物材料內收縮的基于肽的分子非常有用。“

使用4D生物材料對整個器官進行生物3D打印可能還有一段距離，但該技術在不久的將來可能會應用于臨床。 Miotto提供了一個可能的例子：“該過程可用于創建變形支架，以防止血管堵塞。一個封閉的支架可以很容易地注入血液中，然后通過受傷部位的細胞收縮力打開，避免了手術的需要。研究人員已經在研究3D打印的動脈支架，所以這是一個現實的期望。