Fundning af fibrøst protein kan føre til forbedret bioprintning, vævsteknik

Fiberproteiner som kollagen og fibrinogen danner et tyndt fast lag på overfladen af ​​en vandig opløsning svarende til "huden", der dannes på varm mælk, ifølge et team af Penn State Researchers, der mener, at dette fund kan føre til mere effektiv bioprintning og vævsteknik.

I menneskekroppen, fibrøse proteiner giver strukturel støtte til celler og væv og hjælper med biomekanik. Kollagen udgør 80% af vores hud og 10% af vores muskler, mens fibrinogen hjælper med blodpropper ved at danne hydrogelfibrinet.

"Kollagen- og fibrinogenproteinopløsninger bruges i vid udstrækning som forstadier til kollagen og fibrinhydrogeler i vævstekniske applikationer, "sagde Hemanth Gudapati, kandidatstuderende i ingeniørvidenskab og mekanik. "Dette skyldes, at kollagen og fibrin, der bruges som konstruktionsmaterialer til vævsteknik, der ligner deres rolle i menneskekroppen, er ikke giftige, bionedbrydeligt og efterligner cellernes naturlige mikromiljøer. "

Gudapati og andre forskere rapporterer, i Soft Matter , for første gang, at fibrøse proteiner danner et fast lag på overfladen af ​​vand på grund af aggregering af proteiner ved luft/vand -grænsefladen. Dette faste lag forstyrrer nøjagtige målinger af løsningens reologi, som er undersøgelsen af ​​væskeegenskaber, såsom flow. Tidligere har det blev kun påvist, at den anden hovedproteintype, kugleformede proteiner, dannede disse faste lag ved luft/vand -grænsefladen.

Nøjagtige reologimålinger er afgørende for vellykket bioprint. Måling af viskositet er vigtig for at identificere, hvilke proteinopløsninger der potentielt kan udskrives, og til påvisning af uoverensstemmelser i strømningsadfærd mellem forskellige partier af fibrøse proteiner.

"Kollagen og fibrinogen ekstraheres fra dyr, og deres flowadfærd ændres fra batch til batch og med tiden, "Sagde Gudapati.

Dette fører igen til en udfordring for konsekvente bioprinting -resultater.

"Nøjagtig måling af flowadfærd hjælper med pålidelig eller konsekvent levering af proteinopløsningerne under bioprintning, "Gudapati sagde." Dette hjælper med at fremstille ting som pålidelige organ-on-chip-enheder og sygdomsmodeller. "

En potentiel løsning til nøjagtig måling er at tilføje et overfladeaktivt stof, såsom polysorbat 80 for at forhindre dannelse af film ved luft/vand -grænsefladen.

Forskningen identificerer også koncentrationerne af proteinopløsninger, der potentielt kan udskrives via inkjet bioprinting, sammen med at identificere driftsparametre for bioprinting.

Gudapati sagde, at der var andre fund i deres forskning, som vil kræve yderligere undersøgelse. Disse omfattede muligheden for, at de aggregerede fibrøse proteiner ved luft/vand -grænsefladen kan blive frigivet fra grænsefladen, og at disse proteinaggregater kan forårsage yderligere akkumulering af proteiner i opløsningerne.

"Den yderligere bulkaggregering kan være en af ​​årsagerne til dårlig justering af kollagenfibre eller dårlig mekanisk styrke af fibrin uden for kroppen, dvs. in vitro, hvilke er udfordringerne for vævstekniske applikationer i øjeblikket, "Sagde Gudapati.

Arbejdet blev udført i laboratoriet af Ibrahim Ozbolat, Hartz Family Career Development Lektor i ingeniørvidenskab og mekanik, i samarbejde med Ralph Colby, professor i materialevidenskab og teknik og kemiteknik.

"Dr. Colbys arbejde med globulære proteinløsninger påvirkede vores arbejde, "Sagde Gudapati." F.eks. vi indså, at fibrøse proteiner kunne opføre sig som kugleformede proteiner ved luft/vand -grænsefladen i begyndelsen af ​​vores forskning. "