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科学家们开发了一种新凝胶来支持肝片设备

LiU的科学家们开发了一种新的方法来生产水合材料,即水凝胶,其性质类似于人体细胞的自然环境。该材料可以适应难以培养的细胞类型的各种要求,并在微芯片上产生类似器官的结构。

在实验室中培养的细胞有许多应用,其中之一是测试各种新物质是否会损害细胞。一种迅速发展的技术,称为“单片器官”,涉及在供氧和养分供应的小芯片上培养人体器官的细胞。科学家们正在尝试开发越来越复杂的模型,以模拟组织或完整器官在体内的运作方式。这样的模型可以用于医学研究的许多领域,例如测试潜在的药物,并且从长远来看,可以代替一些动物实验。

然而,培养人细胞并不容易。他们通常有非常具体的要求,并且容易死亡。在体内,细胞被称为基质的支撑结构所包围。这是一种水合凝胶,主要由蛋白质和碳水化合物组成。细胞的环境因一种组织类型而异,并且对细胞功能有重大影响。LiU的研究人员正在开发柔软的材料,这些材料可以更紧密地模仿人体细胞的自然环境,用于细胞培养。

“我们的新材料使性能可以在广泛的范围内适应。可以整合新功能,例如细胞所需的小蛋白片段,从而使甚至挑剔的细胞也可以复制和发挥功能。”与Carl-Fredrik Mandenius共同领导该研究的Daniel Aili说。两者都在物理,化学和生物学系(IFM)工作。

这种材料在《生物制造》中的一篇文章中进行了描述,由在水中混合的两种成分以及活细胞组成。发生化学反应,使这些成分形成类似于天然基质的水合凝胶,水凝胶。这种化学反应是自发发生的,不会影响细胞。科学家对水凝胶的性质进行了广泛的测试,并将其与其他常用材料进行了比较。

“我们可以在很宽的范围内适应水凝胶的机械性能。我们还可以控制凝胶的形成速度:重要的是不要发生得太快或太慢。” Daniel Aili说。

肝脏在测试新的药物中很重要,因为肝脏会处理我们服用的许多药物。由于这个原因,研究人员已经测试了使用水凝胶通过干细胞培养中产生的肝细胞来创建人类芯片肝。该研究小组能够对材料进行改造,以至于即使这些相当苛刻的细胞也可以增殖和发挥作用。在其基本构型中,水凝胶不包含蛋白质,但研究人员在材料中包括了在人类肝脏周围组织中发现的重要蛋白质的合成片段。当他们将这种模拟蛋白质的成分添加到水凝胶中时,芯片上的肝细胞就开始产生白蛋白,就像体内的肝脏一样。穿着实验室工作服的年轻人正在使用这种水凝胶。

“我们材料的主要意义可能在于开发有用的肝脏模型,该模型可用于简化药物开发的早期阶段。我们的水凝胶对于任何想要控制培养细胞材料的内容的人都非常有趣。而且很容易适应不同类型的细胞和组织。” Daniel Aili说。

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