培养4D组织自弯曲角膜

纽卡斯尔大学的科学家开发出一种生物系统，通过塑造周围的物质，让细胞形成所需的形状 - 首先是形成自弯曲的角膜。

角膜是眼球前部的透明外层。

在研究中，用血清激活含有角膜基质细胞(干细胞)的扁平圆形凝胶，使凝胶边缘以不同的速率收缩到中心，在5天的时间内形成边缘以形成碗状弯曲的角膜。

该研究发表在Advanced Functional Materials上，由纽卡斯尔大学组织工程教授Che Connon教授领导。他说：“目前捐赠的角膜短缺近年来已经恶化，因为他们无法使用激光眼科手术的任何人，所以我们需要探索这些自我弯曲的角膜等替代品。

“细胞被触发形成一个复杂的三维结构，但由于这需要时间，这个方程中的第四个维度，我们已经将它们标记为4D结构。”

4D的形成是通过创新地使用细胞作为生物致动器，使部件移动的部件来实现的。在这种情况下，细胞自身迫使周围组织随时间以预定方式移动。

包含胶原和包封的角膜细胞的凝胶以两个同心圆排列。通过将称为肽两亲物的分子添加到任一个圆中来获得具有碗状结构的弯曲形状的形成。

在一个环中，活性细胞拉动凝胶的内部结构(高收缩)，另一个环中它们拉动这些肽两亲物分子(低收缩)。两个同心环之间的这种收缩差异引起凝胶的弯曲。发生这种情况是因为细胞优选结合肽两亲物分子而不是凝胶的内部结构。

康农教授补充说：“因为所有过程都是由细胞本身精心策划的，我们可以将它们视为生物机器从内部重塑这些结构。

“我们开发的技术和理解具有巨大的潜力，因为这些角膜显示工程组织形状可以通过细胞执行器控制。这可能使我们想象未来这种方法可以与关键孔手术相结合，使外科医生能够将组织植入一种形状，然后由细胞本身的行为驱动，在体内发展成更复杂的功能性形状。

该论文的第一作者Martina Miotto博士解释说：“这是形式和功能之间严格关系的最前沿的例子，因为研究还表明这些4D结构的生物力学和生物功能特性再现了原生组织的生物力学和生物功能特性。未分化的角膜缘上皮干细胞位于较软的角膜缘，分化的上皮跨越前角膜的较硬中心。“

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