生长大蛋白质晶体的能力是限制中子蛋白质晶体学在结构生物学中使用的最大瓶颈。蛋白质晶体的体积必须至少为0.1mm 3。从理论上讲，没有特别的理由说明为什么这种尺寸的晶体不能生长。如果可以的话，中子蛋白质晶体学可以提供关于氢原子位置的关键信息，这些信息与水合氢键和配体相互作用有关。这类信息与生命科学中的学术和药理学驱动的研究直接相关。

因此，挑战在于以可重复，省时，省力的方式实现大晶体生长。如果将来中子晶体学家能够在适当的预表征工作之后将其解决方案提交到自动化或半自动化平台，以便以高度系统的方式探索大范围的条件并允许其中，这将是理想的。用户通过远程计算机监控增长。

位于法国格勒诺布尔的Laue-Langevin(ILL)研究所的Ashley Jordan一直在研究两种新的晶体生长方法：开发一个可以在未来实现更大规模自动化方法的模块(任务1)，以及流动结晶系统(任务2)。

任务1：用于自动化大晶体生长探索的模块

该SINE2020项目专注于开发温度可控的多井模块，可以优化晶体生长。设计该模块的想法是扩大该方法，以便多个结晶井具有单独(可编程)温度控制可用于探索广泛的生长条件。制作原型模块，其由包含6×4个孔的定制板设计组成，其中可以进行单独的结晶实验。每个井可以适应不同的条件，每个都具有独立的温度控制。使用具有温度反馈系统的Peltier加热元件加热孔，该系统允许每个孔在4℃至60℃的温度范围内加热和冷却，精度为0.1度。该设置旨在允许监测和记录照相的晶体生长。

Ashley Jordan，Ryo Mizuta和John Allibon(开发软件)已经构建并测试了原型系统。使用胰蛋白酶和红素氧还原进行结晶试验。

在SINE2020之后，我们的想法是让这些模块“即插即用”，以便可以使用更加扩展的“机器人”方法。用户在完成时可以移除Crystallogenesis运行，并且使用另一个模块安装其他运行 - 该模块将是更大阵列的工作单元 - 所有这些都是摄像机可视化并向用户门户提供延时信息。

任务2：流动结晶

追求大晶体生长的另一种方法是流动结晶系统的想法。该想法是通过向结晶环境提供恒定的新鲜蛋白质原料供应，在其生长期间始终保持晶体周围的稳态批量条件。这将始终保持最佳的溶液条件，并有助于最大限度地减少杂质在晶体表面积聚 - 这些杂质可能会阻碍晶体生长。

选择Dolomite Mitos P-Pump来​​维持调节系统所需的极低流速(70-1500 nl min-1)。可以使用3-D打印机设计和制造可以连接到泵的合适的结晶室。这个室形成了一个密封的环境，一旦生长，就可以随时取用晶体。来自不列颠哥伦比亚大学和麦克马斯特大学的研究人员开发出了可能成为未来骨植入物的材料：一种通风，泡沫状物质，可以注入体内并为新骨骼的生长提供支架。

它是通过处理来自植物纤维素的纳米晶体制成的，以便它们连接起来形成坚固但轻质的海绵 - 从技术上讲，气凝胶 - 可根据需要压缩或膨胀以完全填充骨腔。

“大多数骨移植或植入物都是由坚硬的脆性陶瓷制成，并不总是符合孔的形状，这些间隙会导致骨骼生长不良和植入失败，”研究作者Daniel Osorio博士说。 .D。麦克马斯特化学工程专业的学生。“我们创造了这种纤维素纳米晶体气凝胶作为这些合成材料的更有效替代品。”

对于他们的研究，该团队与两组大鼠一起工作，第一组接受气凝胶植入，第二组接受没有。结果显示，与对照组相比，植入组在三周内骨骼生长增加33%，12周时骨骼增长50%。

“这些研究结果首次表明，纤维素纳米晶体气凝胶可以支持新的骨骼生长，”研究报告的共同作者，木材科学与化学和生物工程教授Emily Cranston说道，他担任总统卓越主席在UBC的森林生物产品。她补充说，当骨骼开始愈合时，植入物应分解成体内的无毒成分。

该研究的共同作者凯瑟琳·格兰菲尔德(Kathryn Grandfield)是麦克马斯特的材料科学与工程和生物医学工程教授，负责监督这项工作，该创新可能会填补北美20亿美元骨骸市场的空白。

研究报告的共同作者，UBC的木材科学与化学与生物工程教授Emily Cranston来自：UBC的Clare Kiernan

“我们可以看到这种气凝胶被用于许多应用，包括牙科植入物和脊柱和关节置换手术，”Grandfield说。“它将是经济的，因为原料纳米纤维素已经以商业数量生产。”

研究人员表示，气凝胶从实验室进入手术室需要一段时间。

“今年夏天，我们将研究导致骨骼生长的骨骼和植入物之间的机制，”Grandfield说。“我们还将研究植入物如何使用先进的显微镜降解。之后，在准备进行临床试验之前，还需要进行更多的生物学检测。”

“交联纤维素纳米晶气凝胶作为活骨组织支架”于上周在Acta Biomaterialia上发表。