悉尼新南威尔士大学的科学家们创造了一种新材料，可以改变人体组织在实验室中生长和在医疗程序中使用的方式。

这种新材料属于一种称为水凝胶的物质家族，水凝胶是所有生物中发现的生命“柔软”物质的本质，例如动物的软骨和海藻等植物中的软骨。水凝胶的特性使其在生物医学研究中非常有用，因为它们可以模仿人体组织，允许细胞在实验室中生长。

还有人造水凝胶广泛用于各种商品，从食品和化妆品到隐形眼镜和吸收材料，最近还用于医学研究以密封伤口和替换受损组织。虽然它们可以充分发挥促进组织生长的空间填充物的作用，但合成水凝胶在重建真实人体组织的复杂特性方面却存在不足。

但在《自然通讯》今天发表的一篇研究论文中，新南威尔士大学的科学家描述了一种新的实验室制造的水凝胶如何表现得像天然组织，并具有许多对医疗、食品和制造技术具有影响的令人惊讶的品质。

新南威尔士大学材料科学与工程学院和化学学院的副教授 Kris Kilian 表示，这种水凝胶材料是由非常简单的短肽制成的，而短肽是蛋白质的组成部分。

该材料具有生物活性，这意味着封装的细胞表现得就像生活在天然组织中一样。”

Kris Kilian，新南威尔士大学材料科学与工程学院和化学学院副教授

“同时，这种材料具有抗菌性，这意味着它可以防止细菌感染。这种组合使它成为可能在医学上有用的材料的最佳选择。这种材料还具有自我修复能力，这意味着它会重新形成被压扁、断裂或从注射器中排出后。这使其成为 3D 生物打印或作为药物注射材料的理想选择。”

封锁期间的惊喜发现

新南威尔士大学化学学院的博士生、该论文的第一作者 Ashley Nguyen 在新冠疫情封锁期间通过计算机模拟得出了这一发现。Nguyen 女士一直在寻找能够自组装的分子（无需人工干预即可自发排列），并偶然发现了“色氨酸拉链”的​​概念。这些是具有多个色氨酸的氨基酸短链，充当促进自组装的拉链，被称为“Trpzip”。

“我很高兴能够通过计算模拟识别出可能形成水凝胶的独特肽序列，”Nguyen 女士说。

“我们回到实验室后，我合成了最佳候选者，并很高兴看到它实际上形成了凝胶。”

阮女士表示，这种水凝胶的发现有可能成为广泛使用的天然材料的道德替代品。

“天然水凝胶在社会各个角落都有使用——从食品加工到化妆品——但需要从动物身上获取，这会引起伦理问题，”她说。

“此外，动物源性材料在人类使用时存在问题，因为会发生负面免疫反应。通过 Trpzip，我们拥有了一种合成材料，它不仅在目前使用天然材料的许多领域显示出潜力，而且还可能超越它们在其他方面，例如临床研究。”

真实世界的结果

为了测试 Trpzip 在生物医学研究中的可行性，A/Prof.Kilian 的团队与悉尼新南威尔士大学生物医学科学学院的研究员 Shafagh Waters 博士合作，后者在研究中使用基质胶（一种从小鼠肿瘤中采集的水凝胶）来培养患者组织。

“基质胶在研究用途中存在一些缺点，因为每批都不同。化学成分确定的替代品可能更便宜、更均匀，这对生物医学研究非常有益，”沃特斯博士说。

Kilian 教授指出，天然材料业务是一个价值数十亿美元的产业，并表示该团队热衷于探索商业化途径。

“我们认为 Trpzip 水凝胶和类似材料将为动物源性产品提供更均匀且更具成本效益的替代品。如果我们的材料减少科学研究中使用的动物数量，那将是一个巨大的成果。”

下一阶段的研究将涉及与行业和临床科学家合作，测试 Trpzip 凝胶在组织培养中的效用，并探索突出 3D 生物打印和干细胞输送等独特动态特性的应用。