3D细胞支架技术可检测药物、激素对特定组织的影响
人类和生物材料融为一体的科技也许在不久的将来就要实现了，近日，美国波士顿的麻省理工学院的科学家们公布了一个新的技术, 让细胞在微小的海绵状支架上生长，这些新型装置可以被植入患者或用于实验室研究人类组织如何应对潜在的药物副作用。相关研究发表在《自然材料》期刊上。
3D细胞支架的结构
科学家在细胞中植入支架上，这些由环氧树脂、无毒的材料制成的多孔3D结构支架，可以用来监测周围组织的电活动，控制药物释放或屏蔽候选药物对他们心脏组织的影响。
在嵌入电子传感器的细胞支架中，细胞层生长在金属电极或晶体管的平面上，这一支架结构让研究人员能够监测电子活动，从而避开2D结构无法准确模拟自然组织的缺陷。支架不仅仅是一个支持细胞的接卸装置，它还包含多个传感器，最终变成一个3D组织工程。
研究人员选择硅纳米线的电子传感器，是因为它们体积小并且稳定，可以安全地植入活体组织，比金属电极刚敏感。同时，纳米线的直径范围从30到80纳米(要比人类头发小1000倍)，可以检测到的电压低于1000瓦特，这是一个细胞可以承受的电力的水平。
3D细胞支架的应用
在对于自然材料的研究中，研究人员使用他们的特殊支架供心脏、神经和肌肉组织生长，从而能够通过去甲肾上腺素增加的心率监测细胞的反应。哥伦比亚大学生物医学工程学教授说，这项工作可以帮助解决细胞对电刺激的反应，这可能会有助于心脏和神经系统疾病的治疗。
“这是一个伟大的由纳米电子学与组织工程完美结合监测细胞的例子”研究人员说。该小组还将对血管植入嵌入式电子传感器，这样他们就可以用来测量内部和外部容器的pH值变化。
这样的植入式装置可以让医生用来监控炎症或患者体内的植入物的生化反应。最终,研究人员不仅可以感受到电子或生化变化,还能应对一切其他的情况，例如，通过检测释放一种药物。
麻省理工学院教授和这篇研究论文的主要作者罗伯特•兰格表示说：“我们对这个研究感到很兴奋，它使我们对于近一步创建一个3D的组织工程充满决心，总有一天，纳米材料可以在这一领域发挥作用。”
Macroporous nanowire nanoelectronic scaffolds for synthetic tissues
Bozhi Tian, Jia Liu, Tal Dvir, Lihua Jin, Jonathan H. Tsui, Quan Qing, Zhigang Suo, Robert Langer, Daniel S. Kohane & Charles M. Lieber
The development of three-dimensional (3D) synthetic biomaterials as structural and bioactive scaffolds is central to fields ranging from cellular biophysics to regenerative medicine. As of yet, these scaffolds cannot electrically probe the physicochemical and biological microenvironments throughout their 3D and macroporous interior, although this capability could have a marked impact in both electronics and biomaterials. Here, we address this challenge using macroporous, flexible and free-standing nanowire nanoelectronic scaffolds (nanoES), and their hybrids with synthetic or natural biomaterials. 3D macroporous nanoES mimic the structure of natural tissue scaffolds, and they were formed by self-organization of coplanar reticular networks with built-in strain and by manipulation of 2D mesh matrices. NanoES exhibited robust electronic properties and have been used alone or combined with other biomaterials as biocompatible extracellular scaffolds for 3D culture of neurons, cardiomyocytes and smooth muscle cells. Furthermore, we show the integrated sensory capability of the nanoES by real-time monitoring of the local electrical activity within 3D nanoES/cardiomyocyte constructs, the response of 3D-nanoES-based neural and cardiac tissue models to drugs, and distinct pH changes inside and outside tubular vascular smooth muscle constructs.
文献链接：Macroporous nanowire nanoelectronic scaffolds for synthetic tissues
