生物工程师借用电子工业来制造干细胞

为了理解身体中的细胞如何表现，生物工程师在他们的实验室中创建了细胞环境的微型模型。但是，在受控环境中重建这个利基环境非常复杂，因为研究人员仍在学习影响细胞行为和生长的所有因素。通过观察并修改他们设计的迷你模型，科学家们能够更好地识别这些因素。

这种形式的细胞研究对于再生医学的研究至关重要，再生医学通常通过使用干细胞来替代或修复受损组织，干细胞是一种特殊的细胞群，可以产生体内的所有组织。生物工程师面临再生医学的核心问题：是什么原因导致干细胞从少量细胞生长，组织和成熟到复杂的器官?

为了找到答案，约翰霍普金斯纳米生物技术研究所的一个研究小组借用了一种称为微图案的电子工业中常用的工艺，其中形状的小型化增加了电路上的晶体管数量。该团队创建了微图案形状，并结合机器学习，以了解限制如何影响干细胞成熟和组织。

研究结果发表在“美国国家科学院院刊”上。

在这项研究中，由INBT校友Quinton Smith和博士后研究员Nash Rochman领导的研究小组将人类诱导的多能干细胞(称为hiSPCs)置于形状如星形，圆形，三角形和心形的图案中。然后，他们观察到细胞迁移并填充模式。有趣的是，图案的边缘变得密集，细胞组织和成熟的不同于中心的细胞，并表达前体标记，产生组织，如心脏，肌肉和血管。在实验室中观察自组织对于再生医学领域的研究人员来说是一个难以实现的目标，并且突破为人类发展过程中发生的复杂过程提供了一个窗口。

此外，该团队发现了细胞张力和细胞密度之间的平衡。随着细胞聚集并在形状的边缘变得更加拥挤，它们比图案内部的细胞经历更多的张力，这似乎触发了自组织和产生组织的那些前体的表达。当没有细胞紧张时，不会发生自组织，表明机械限制在细胞生长和行为中起重要作用。

该研究提出了再生医学研究人员的一个主要目标，即使用患者自己的细胞修复受损组织。虽然这只是一个例子，但该技术可用于理解各种组织发育的组织。“我们需要所有这些跨学科方法，包括生物学，工程学和计算机建模，以确保在临床环境中使用hiPSC来源之前干细胞稳定，功能和有效分化，”史密斯说。

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