三维管状多细胞结构的体外构建

        不同种类的细胞构成了生物体内的组织和器官,它们通过复杂的微环境实现相互间的通信交流,而细胞外基质成分的空间分布和排列方向直接影响着组织与器官的功能。细胞与细胞外基质和以及相邻细胞之间的相互作用是细胞生物学研究中的重要课题,同时在组织工程领域也有重要意义。通过物理接触实现细胞间的空间排列以及相互作用是构建组织一系列高级结构和功能的基础,而在体外人工模拟这种细胞排列仍面临巨大挑战。

  

         目前,在组织工程研究中主要采用了自上而下或自下而上的方法构建体外组织结构。自上而下法通过生物材料支架模拟组织细胞外基质特征,再向其中接种所需细胞来实现体外构建组织的目的。这种方法面临的主要挑战是怎样控制局部区域的细胞外微环境和细胞分布,实现那些功能受自身结构影响较大的复杂组织结构的模拟。相比之下,自下而上法主要目的是在微尺度上精确操控细胞,创建组织的结构和功能建筑模块。其中,细胞表面工程法可以在三维空间控制细胞间的相互接触,促进和稳定多细胞的组装。细胞表面工程中最直接的手段是对细胞表面进行化学修饰。最近,四川大学肖丹教授与国家纳米中心张伟和蒋兴宇教授共同合作提出了一种简便、快速的细胞组装方法,即利用生物素-亲和素相互作用和应力卷曲薄膜技术,逐步形成可控的三维多层组织结构。研究者先通过生物素-亲和素相互作用在一个二维平面上建立两种细胞的双层结构,然后再利用应力卷曲薄膜技术,将二维平面的细胞双层结构转变为三维管状结构。管状结构中的两种细胞可以直接形成类似血管的内膜和中膜结构。应力卷曲膜技术和微流通道的结合还可以在三维结构内精确地实现对不同种类细胞的图案化。

        这一研究在三维空间上实现了细胞和细胞之间,细胞层和细胞层之间的有序排列并保持其相互作用和交流,为在体外构建多细胞三维组织结构提供了重要借鉴。