基于柔性微弦的工程化牵张组织构建和力学调控研究

目的在体中牵张刺激普遍存在且发挥关键作用,构建力学调控的三维工程化牵张组织模型并模拟牵张刺激是当前的一个研究热点和挑战。本研究拟基于柔性微弦实现工程化牵张组织的构建和力学调控。方法基于水凝胶牺牲模板法,制备适用于三维工程化牵张组织构建的微弦芯片,并结合弯曲力学测试和有限元分析建立微弦形变与受力关系的标准曲线。基于微弦芯片和胶原水凝胶进行三维细胞包埋和培养,在细胞收缩力和微弦约束作用下形成工程化牵张组织,通过分析微弦变形表征组织收缩力。最后,对工程化牵张组织施加力学拉伸加载,表征组织力学性能并实现牵张刺激调控。结果制备了具有不同直径和跨度的微弦芯片,方法简单灵活,不需要复杂的材料与设备,易于推广。基于微弦芯片,成功构建了具有不同约束边界刚度的工程化牵张组织,并建立了细胞收缩下组织重塑的数理模型,获得了组织收缩力和形貌与边界约束刚度的关系及随时间变化的规律。在此基础上,通过组织收缩力和力学性能表征,实现了工程化牵张组织的力学调控。结论基于柔性微弦芯片,可以实现工程化牵张组织的构建、力学表征和调控,具有很大的灵活性和扩展性,有望为牵张组织的力学生物学机制和应用研究提供支持。