新南威尔士大学悉尼分校的研究人员开发出一种新型材料，有望彻底改变人体组织在实验室中生长和用于医疗程序的方式。这种新材料属于一种被称为水凝胶的物质，是所有生物体内"柔软"物质的本质，如动物的软骨和海藻等植物。水凝胶的特性使其在生物医学研究中非常有用，因为它们可以模拟人体组织，让细胞在实验室中生长。

"Trpzip"材料在受到挤压、断裂或从注射器中排出后会发生重塑。资料来源：新南威尔士大学悉尼分校

一些人造水凝胶被广泛应用于各种商品中，从食品和化妆品到隐形眼镜和吸水材料，最近还被用于医学研究，以密封伤口和替代受损组织。虽然合成水凝胶可以充分发挥空间填充剂的作用，促进组织生长，但却无法再现真实人体组织的复杂特性。

但在今天发表于《自然-通讯》（Nature Communications）上的一篇研究论文中，新南威尔士大学的科学家们描述了一种新型实验室制造的水凝胶如何表现得像天然组织，并具有许多令人惊讶的特性，这些特性对医疗、食品和制造技术都有影响。

新南威尔士大学材料科学与工程学院和化学学院的克里斯-基利安（Kris Kilian）副教授说，这种水凝胶材料由非常简单的短肽制成，而短肽是蛋白质的组成部分。

基利安教授说："这种材料具有生物活性，这意味着被包裹的细胞就像生活在天然组织中一样。同时，这种材料还具有抗菌性，这意味着它可以防止细菌感染。这种组合使它成为可能用于医学的材料的最佳选择。这种材料还具有自愈性，这意味着它在受到挤压、断裂或从注射器中排出后会重新塑形。这使它成为三维生物打印的理想材料，或作为一种可注射的药物材料。"

Ashley Nguyen是新南威尔士大学化学学院的博士生，也是该论文的第一作者，她是在COVID-19大流行期间利用计算机模拟发现这一发现的。Nguyen一直在寻找能够自我组装的分子--即在没有人为干预的情况下自发排列的分子--并偶然发现了"色氨酸链条"的概念。这是一种含有多个色氨酸的氨基酸短链，可促进链条自组装，因而这种材料被命名为"Trpzip"。

Nguyen说："通过计算模拟，我发现了一种可能形成水凝胶的独特肽序列，这让我非常兴奋。我们回到实验室后，我合成了最重要的候选肽，看到它真的形成了凝胶，我非常激动。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。天然水凝胶早已在社会上广泛使用，从食品加工到化妆品，但需要从动物身上采集，这就带来了伦理问题。此外，动物提取的材料也很难用于人体，因为会产生负面的免疫反应。有了 Trpzip，我们就有了一种合成材料，它不仅在目前使用天然材料的许多领域显示出潜力，而且在临床研究等其他领域也能胜过天然材料。"

为了测试 Trpzip 在生物医学研究中的可行性，Kilian 教授的团队与新南威尔士大学悉尼分校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 Matrigel（一种从小鼠肿瘤中提取的水凝胶）培养与模拟患者组织。

"在研究中使用 Matrigel 有一些缺点，因为每一批都不一样。化学定义的替代品可能更便宜、更均匀，这将证明对生物医学研究非常有益，"沃特斯博士说。

基里安教授指出，天然材料业务是一个价值数十亿美元的产业，他说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统一、更具成本效益的替代品。如果我们的材料能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，并探索能突出其独特动态特性的应用，如三维生物打印和干细胞输送。