胶原蛋白是人体结构中普遍且主要的组成部分，但其精细的存在方式仍然笼罩着一些神秘色彩。在一项新的研究中，研究人员深入研究了胶原蛋白内部的定向机制，以阐明这种蛋白质一些鲜为人知的方面及其在未来应用中的潜力。

人体充满了复杂性，即使在最微小的细节上也是如此，例如组织内胶原蛋白结构的排列方向。胶原蛋白有助于赋予我们的组织结构、稳定性和机械强度。尽管已经存在一些可以模拟胶原蛋白结构的方法，但没有一种方法能够达到所需的精确度，也没有考虑到成本效益或安全性。

来自横滨国立大学的研究人员开发了一种利用流体装置和三维 (3D) 打印技术来构建具有多方向性的复杂定向组织的方法。他们的研究发表在《ACS Biomaterials Science & Engineering》杂志上。

横滨国立大学副教授、本研究的作者饭岛一智表示：“通过使用一种利用流动来定向胶原纤维和细胞的技术，可以在使用 3D打印机构建的流体通道中制造具有多方向性的复杂定向组织。”

目前的方法，包括磁力对齐和静电纺丝，都存在挑战：前者会在模型中残留磁珠，而后者则需要使用挥发性有机溶剂。在新模型中，不需要磁珠或挥发性化学物质，只需要胶原蛋白。然而，模仿皮肤真皮或颅骨等复杂定向结构的挑战依然存在。

研究人员发现，使用一种利用流动来定向这些胶原纤维和细胞的技术可以通过 3D打印机来构建。胶原束的排列方向会影响细胞的行为和功能，因此，组织拥有正确的排列方向是其正常功能的关键。

研究人员在流体通道（一种旨在引导流体流动的微观通道）中使用 I 型胶原蛋白溶液与细胞混合，该流体通道使用的是 3D打印的主模具。在这种条件下，研究人员开发了一种模型，该模型能够在水平和垂直方向上为多方向定向组织实现精细的微观定向结构。

这是通过有意引导胶原蛋白结构的流动来定向所需的纤维、原纤维和成纤维细胞来实现的。对定向胶原蛋白水凝胶的尺寸和方向的控制提供了精确的精细组织构建，而这正是此类构建技术一直缺乏的细节。

横滨国立大学教授、该研究的作者丸尾昭二表示：“该系统将能够利用精细的多方向定向生物材料支架定制组织特异性模型，以制备各种定向生物组织。”

组织模型的进一步开发将阐明排列方向所带来的功能的重要性。研究人员希望未来能够将这种方法应用于移植和体外组织模型。