含有基因工程细菌的活体纹身：一种新的生物打印创新

麻省理工学院的研究人员发现了一种新方法，可以使用由基因编程的活细胞制成的特殊墨水。他们设计了一种临时纹身，其原型看起来像薄薄的、透明的、带有树形图案的粘贴贴片。

它分为几个部分，细胞对不同的化合物敏感。当这个纹身与皮肤接触时，它会暴露于特定的化合物（存在于人类皮肤中），从而使树的相应区域相应地发光。

发生这种情况是因为细胞被设计为响应不同类型的刺激而发光。当与营养物质和氢气的浆液结合时，可以逐层打印细胞，以形成 3D 交互式结构。

刺激响应材料并不是什么新鲜事——研究和开发已经持续了十多年。例如，对化学物质反应良好的材料可用于制造化学传感器，或者对高温反应良好的材料可用于开发自组装机器人

由于 3D 打印现在已广泛使用且价格便宜得多，因此它已成为开发实验对象（包括刺激响应材料）的常用方法。

然而，这一次，研究人员实现了一种使用可在 3D 打印反应材料中编程和获得的活细胞的方法。迄今为止所做的研究表明，至少哺乳动物细胞对此不可行。它们无法在 3D 打印的恶劣条件下工作——交联过程中的紫外线照射、挤出过程中的剪切力等等。由于哺乳动物细胞是脂质双层气球，因此细胞在打印过程中会死亡。

另一方面，具有保护性细胞壁的细菌细胞要强大得多。它们与大多数水凝胶（由聚合物和水制成的材料）兼容，并用于广泛的医疗应用。

麻省理工学院的研究人员使用一种新技术来制造用于交互式显示器和可穿戴传感器的“活性”材料。事实上，这些材料可以与活细胞结合来感知环境化学物质和污染物以及温度和 pH 值的轻微变化。

利用基因编程的细菌细胞，该团队制造了一种由水凝胶和营养物质混合物制成的墨水，以保持细胞的活力。

更具体地说，他们设计了一系列细菌细胞，这些细胞可以产生绿色荧光蛋白（GFP）或分泌化学物质来响应四种不同的信号化学物质，这些化学物质在整个水凝胶中自由扩散。含有纯普朗尼克F127二丙烯酸酯胶束的生物墨水在打印后恢复到堆积状态，并通过紫外线交联稳定。

参考：先进材料| 10.1002/adma.201704821 |来自麻省理工学院新闻

他们还建立了一个模型来预测不同条件下 3D 打印结构内细胞之间的相互作用。其他科学家可以使用该模型作为创建响应性生命材料的指南。

他们开发的墨水可以以高分辨率打印——大约 0.03 毫米或 30 微米。甚至可以轻松实现分析物和传感器的金字塔状连接。多墨水 3D 打印可以使用 GFP 荧光作为输出来构建多个逻辑门。他们已经将测试图案打印到弹性体上，并将其粘贴到涂有化学物质的皮肤上。

由于水凝胶明确的空间分布、信号分子扩散和 GFP 产生的时间依赖性，实现了时空控制的图案化。

这种凝胶由对 N-酰基高丝氨酸内酯敏感的细菌组成，可以打印出复杂的图案。连接到含有 N-酰基高丝氨酸内酯的凝胶会诱导细菌产生 GFP，并在一夜之间分散到整个传感器中。

使用这种方法开发的 3D 打印活体纹身具有 3 种不同的传感器，可以承受压缩、拉伸和扭曲。分析物的应用仅在相应的传感器区域引起精确的局部响应。

在几个小时内，当细菌直接接触化学刺激物时，纹身中树图案的不同部分都会亮起。细菌细胞还可以相互通信，并在从另一个细胞获得特定信号后发出荧光。

研究人员在 3D 结构中对其进行了测试，覆盖两片水凝胶丝印刷片材。当它们接触到对方并得到特定的通讯信号时，它们就会亮起。

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在不久的将来，研究人员预计能够打印活体可穿戴计算平台和具有多种不同类型细胞的结构，这些细胞可以来回传递信号，就像微芯片上的晶体管一样。

他们正在致力于开发药物输送系统和化学传感器，这些系统和化学传感器可以通过编程来随着时间的推移将药物输送到体内。

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