组织工程材料领域新进展:胶原模块可控制备与微组织自组装

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支架材料是组织工程的三大要素之一,其中生物相容性材料的设计与制备备受关注。随着生物材料领域的快速发展,科学家们可以根据可塑性支架材料特性和细胞类型,制备出形态各异的“细胞-支架”模块,并将其作为基本单元用于复杂组织仿生构建和组织工程应用。胶原是一种天然的细胞外基质成分,也是组织工程应用的理想支架材料。但是,由于胶原机械强度差、易于破碎等特点,通常难以实现胶原模块的形成与操控,也大大限制了其在体外组织形成和细胞-支架模块组装等方面的研究。

中国科学院大连化学物理研究所秦建华研究员课题组建立了一种新型 “微流控气动模板法”,用于可控实现具有复杂形貌特点的胶原模块制备与释放,并利用细胞-细胞,细胞-胶原基质间的相互作用,研究了包含有多种细胞类型的微组织形成与功能自组装,相关结果发表在Small上

该团队巧妙的设计了一种具有可控夹膜结构的微流控芯片,主要通过正负气压的转变来控制微模具内夹膜的形变特征,这种方式不仅可实现高黏度胶原溶液的完整灌注,还可实现固化胶原模块的主动释放,从而可控完成对大小尺寸、形态各异的“胶原模块”的灵活操控。此外,利用微尺度流体特性,这种方法还可对胶原模块内的不同种类细胞进行可控性空间排布。该课题组进一步对细胞-细胞/细胞-基质间相互作用所引起的胶原模块形变现象加以研究,发现胶原内细胞的密度和细胞类型均可对模块的形变产生影响。利用这一特性,研究者通过调节胶原模块内细胞种类及密度分布,实现了主要由细胞作用力所介导的“血管样”组织自组装。这一研究工作为组织工程和细胞自组装研究提供了一种全新的思路,在组织损伤修复、器官仿生和发育生物学研究等方面也具有重要应用潜力。

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