角膜移植是角膜功能丧失的主要治疗方法之一，但70名需要角膜移植的人中只有一人接受了这种治疗，导致约1250万人视力丧失，因为根本没有足够的角膜捐赠者。但是去年我们报道了纽卡斯尔大学的一个生物3D打印角膜，看起来非常有希望。


现在，同一纽卡斯尔大学组织工程博士后研究员Martina Miotto创造了一种由4D生物材料制成的自组装角膜。 4D生物材料是由生物相容性基底和活组织细胞组成，其在暴露于特定外部刺激时改变形状。含有角膜细胞（CCCGs）的胶原蛋白凝胶表现出收缩，Miotto和她的团队之前发现肽两亲分子的存在抑制了收缩行为。因此，他们使用两个CCCG创建了同心圆，其中一个使用肽两亲物，一个没有，“生产具有内部刺激机制的4D生物材料，使用收缩细胞作为生物执行器来改变组织形状和结构”。




超过五天，CCCG弯曲成角膜形状。 Miotto解释了新兴的4D行为：“每个细胞的力都很小，但它们可以将一英寸宽的组织块整形成角膜状结构。”

她还描述了4D生物材料如何能够增强当前的生物3D打印工作，“通过4D打印的发明可以使这项技术更进一步，在制造过程完成后可以通过折叠自组装的结构的打印，就像我们的角膜一样。打印可以将自身排列成更复杂形状的生物结构意味着您不需要生产支架来打印细胞，还方便之后将其移除。印刷过程的准确性对于精确定位使细胞在生物材料内收缩的基于肽的分子非常有用。“

使用4D生物材料对整个器官进行生物3D打印可能还有一段距离，但该技术在不久的将来可能会应用于临床。 Miotto提供了一个可能的例子：“该过程可用于创建变形支架，以防止血管堵塞。一个封闭的支架可以很容易地注入血液中，然后通过受伤部位的细胞收缩力打开，避免了手术的需要。研究人员已经在研究3D打印的动脉支架，所以这是一个现实的期望。