培養(yǎng)4D組織 自彎曲角膜
紐卡斯爾大學的科學家開發(fā)出一種生物系統(tǒng),通過塑造周圍的物質(zhì),讓細胞形成所需的形狀 - 首先是形成自彎曲的角膜。
角膜是眼球前部的透明外層。
在研究中,用血清激活含有角膜基質(zhì)細胞(干細胞)的扁平圓形凝膠,使凝膠邊緣以不同的速率收縮到中心,在5天的時間內(nèi)形成邊緣以形成碗狀彎曲的角膜。
該研究發(fā)表在Advanced Functional Materials上,由紐卡斯爾大學組織工程教授Che Connon教授領導。他說:“目前捐贈的角膜短缺近年來已經(jīng)惡化,因為他們無法使用激光眼科手術的任何人,所以我們需要探索這些自我彎曲的角膜等替代品。
“細胞被觸發(fā)形成一個復雜的三維結構,但由于這需要時間,這個方程中的第四個維度,我們已經(jīng)將它們標記為4D結構。”
4D的形成是通過創(chuàng)新地使用細胞作為生物致動器,使部件移動的部件來實現(xiàn)的。在這種情況下,細胞自身迫使周圍組織隨時間以預定方式移動。
包含膠原和包封的角膜細胞的凝膠以兩個同心圓排列。通過將稱為肽兩親物的分子添加到任一個圓中來獲得具有碗狀結構的彎曲形狀的形成。
在一個環(huán)中,活性細胞拉動凝膠的內(nèi)部結構(高收縮),另一個環(huán)中它們拉動這些肽兩親物分子(低收縮)。兩個同心環(huán)之間的這種收縮差異引起凝膠的彎曲。發(fā)生這種情況是因為細胞優(yōu)選結合肽兩親物分子而不是凝膠的內(nèi)部結構。
康農(nóng)教授補充說:“因為所有過程都是由細胞本身精心策劃的,我們可以將它們視為生物機器從內(nèi)部重塑這些結構。
“我們開發(fā)的技術和理解具有巨大的潛力,因為這些角膜顯示工程組織形狀可以通過細胞執(zhí)行器控制。這可能使我們想象未來這種方法可以與關鍵孔手術相結合,使外科醫(yī)生能夠將組織植入一種形狀,然后由細胞本身的行為驅動,在體內(nèi)發(fā)展成更復雜的功能性形狀。
該論文的第一作者Martina Miotto博士解釋說:“這是形式和功能之間嚴格關系的最前沿的例子,因為研究還表明這些4D結構的生物力學和生物功能特性再現(xiàn)了原生組織的生物力學和生物功能特性。未分化的角膜緣上皮干細胞位于較軟的角膜緣,分化的上皮跨越前角膜的較硬中心。“
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