研究实现三维结构上多种细胞的可控分布

实现三维结构上多种细胞的可控分布的过程示意图及结果图

Advanced Materials 当期封面人体内有许多管状的组织结构，这些组织大部分都具有一个共同特点：管壁都是由多层不同的细胞构成。例如，血管从内到外一般具有三层细胞结构：血管内皮细胞，平滑肌细胞，成纤维细胞。某些情况下，平滑肌细胞甚至有环形和纵形两种分布形式。如何在体外实现三维结构的多种细胞的可控分布，从而最真实地模拟体内组织的细胞分布情况，一直是研究的难点和热点。近日，国家纳米科学中心蒋兴宇研究员课题组将平面上的细胞图案化技术和应力引发自卷曲技术结合，成功实现了多种细胞在三维管状结构上的层状分布。以聚二甲基硅氧烷（PDMS）薄膜为例，采用双层膜结构，通过拉伸产生内应力使得这种双层膜可以从平面自发卷曲成多层管状结构。在平面的情况下，通过带有三条平行管道的PDMS芯片将三种细胞（血管内皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞）依次输送到自卷曲膜的规定位置，释放自卷曲膜后，材料带着细胞自发卷曲成多层管结构，即最内层是血管内皮细胞，中层为平滑肌细胞，外层为成纤维细胞。同时，在自卷曲膜的表面通过光刻和软刻蚀技术可以制备微结构，根据接触诱导的原理使得平滑肌细胞取向生长，在管结构中实现平滑肌细胞的环形和纵形分布。在材料的选择上，不仅仅局限于PDMS薄膜，其他可降解高分子的静电纺丝薄膜同样可以制备成管状结构，并能实现细胞在管结构中的层状分布。该方法可用来制备其他具有复杂结构的管状结构，即先在二维平面上实现微纳米结构，再通过卷曲将这些结构变成三维。因为二维平面上进行图案化实现微纳米结构比在三维结构上直接图案化容易得多，所以这种方法用于构建带有微纳米结构的三维管状结构是不错的选择。该研究的前期成果已经于2月14日发表在Advanced Materials第24卷第7期上，并作为当期杂志的封面文章，此外还被Materials Views收录。纳米科学与技术的专业网站nanowerk对这项研究成果也作了专题报道（http://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=24275.php）。该研究得到了国家自然科学基金、科技部和中科院项目基金的支持。（来源：国家纳米科学中心）