Advanced Healthcare Materials:生物制造——基于微支架的心肌复杂三维细胞排列体外构建

随着社会经济发展及人口老龄化的加速,人们心血管病危险因素呈现显著增加的趋势。导致的心肌损伤修复成为当前组织工程和再生医学领域的重要研究焦点。长期以来,研究人员在化学与生物因子心肌损伤治疗上已经不断取得突破性进展。但是,由于心脏功能依赖于心肌独特的结构协同性,如何重建心肌组织的复杂结构特征仍然是目前面临的关键挑战。

湖南大学王祖勇研究组和合作者针对这一问题利用机械和激光联合加工法提出双微结构支架设计,重建出仿生心肌的复杂三维细胞排列结构。相关研究结果发表在Advanced Healthcare Materials (DOI: 10.1002/adhm.201901015)上。

基于非常有效的细胞引导作用,微纳米尺度拓扑结构被广泛应用于生物材料表面构建,以期通过物理信号因子调节细胞排列和组织结构重建。这些材料的几何生物学效应都与”Contact guidance”相关,相信超越材料表面的三维微纳构造会帮助厚度组织如心肌结构重建,从而达到组织功能再生的最终目的。该研究组基于机械和激光联合加工技术并通过薄膜层-层叠加组装,构建出具有微尺度双重结构(包括贯穿孔阵列和线性排列的山脊/沟槽拓扑)的医用微支架,可允许内部自由空间相互连通和结构各向异性可调。当人骨髓间充质干细胞种植到微支架表面时,发现细胞能够通过连通空间有效到达到支架内部,并在山脊/沟槽的引导下高度定向排列。该研究组通过改变微支架层的各向异性,使得各层细胞延展方向获得精确调控,从而形成模仿心肌的复杂三维细胞排列结构。该工作验证了微支架空间结构的三维细胞调控潜能,有助于未来通过组织工程方法重建心肌复杂结构和功能再生的进一步研究。