尺寸效应:细胞和微生物的差异性粘附

来自美国和荷兰的研究人员构建了一种图案化的表面,该表面在促进哺乳动物细胞粘附的同时可以阻止微生物的定植。

目前对于医用植入体的要求不仅仅停留在无害的阶段;相反,新的植入物需要具有活性的表面,可以与生物组织迅速相互作用,刺激细胞的粘附、迁移和增殖,并刺激骨骼生长。

然而,适合人类细胞生长的表面通常也适合细菌的生长;如果细菌抢先在植入体表面定植,这个植入物可能就必须通过手术切除掉。由于耐药性细菌的增加以及新型抗生素研究的减少,都加剧了与生物材料相关的感染问题。

美国史蒂文斯技术学院的Mathew Libera教授同荷兰格罗宁根大学医学中心的合作者们共同开发了一种优良的解决方式。他们在细胞吸附的表面用抗粘附水凝胶制备亚微米尺寸的图案。当凝胶之间的距离和金黄色葡萄球菌(staphylococci bacteria)尺寸大小相似时,就可以阻止该细菌的粘附。但是,人成骨样细胞(osteoblast-like)的粘附并没有受到影响。

对于人体细胞和细菌的差异性粘附,科学家们给出了一个有趣的解释。由于金黄色葡萄球菌直径大约1微米,并且带有刚性的细胞壁。当一个表面上抗粘附凝胶图案之间的距离和细菌的尺寸接近的时候,细菌无法通过改变形自身的状来实现粘附。相比而言,人体细胞具有高度流动性,可以方便的改变形状更好的与可粘附区域相吻合。

通过调节移植体表面的图案化,我们或许能够达到辅助人体细胞生长的同时击退细菌的效果 – 帮助有益的生物赢得在植入体表面的竞争 – 而且是在完全不使用抗生素的情况下。

Y. Wang et al., Adv. Funct. Mater. 2011; DOI: 10.1002/adfm.201100659