作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 cells细胞的均匀排列与均匀的LCE =常数
与含水生长介质接触后LCE表面的数字全息显微术(DHM)纹理
接种后120小时在LCE基质上生长的HDF细胞的相衬显微结构
双箭头代表LCE
(三)胞体序参量SHDF(填充红色符号)和胞密度σ(空蓝色符号)的演化
(四)LCE HDF细胞的荧光显微结构；荧光标记的细胞核(蓝色)和细胞骨架肌动蛋白(绿色)
放大的纹理显示拉长的细胞核与细胞体的方向相同
图(B)和(D)中的插图显示了(B) PCM和(D)荧光肌动蛋白纹理的快速傅立叶变换，指示了沿均匀LCE的取向顺序
(五)原子核取向分布
原子核的序参量对正方形子窗口大小的依赖性
(G)细胞核平均数计算的数密度波动δN \\ N \\ N
比例尺，300微米
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aaz6485 活组织中的真核细胞可以影响重要的生理过程，例如基于具有空间变化方向的动态模式形成的细胞凋亡和细胞迁移
然而，在实验室里将预先设计好的方向顺序图投射到生长的组织上仍然是一个挑战
在《科学进展》杂志上发表的一项新研究中，塔拉斯·图里夫和美国俄亥俄州肯特州立大学的化学物理、先进材料和生物医学研究小组
S
详细介绍了一种生产人皮肤成纤维细胞单层的新方法
他们使用在水介质中各向异性膨胀的光取向液晶弹性体(LCE)预先设计了取向图案和拓扑缺陷
研究小组将图案刻入LCE，组织单层复制了图案，导致细胞表型(大小和形状)、表面密度和数量密度波动的强烈变化
这种新方法可以在细胞分化和组织形态发生过程中控制活组织中细胞的集体行为，在生物工程和再生医学中有着广泛的应用
由于不等轴细胞的相互排列，构成活组织的细胞在紧密接触时通常表现出取向顺序
平均取向的方向可以在空间和时间上变化，以产生被称为向错的拓扑缺陷
这种缺陷可以在组织内移动，在压缩-膨胀应力和过程中起重要作用，包括死细胞提取
设计具有定向顺序和控制的活细胞组织支架的能力对于生物医学研究人员研究和操纵生物物质是重要的
科学家已经在微槽和具有材料刚度梯度的表面中的光刻制造表面(包括微通道的边缘)上生产出有序的电池组件
在这项工作中，图里夫等人
基于LCE基底上的导向图案模板，设计具有高度定向顺序和预定空间变化方向的组织
该团队使用人皮肤成纤维细胞(HDF)细胞作为模板化组织的构建单位
材料颗粒是HDF细胞的导轨
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aaz6485 成纤维细胞是最常见的哺乳动物结缔组织细胞，它们通常保持扁平细长的形状，在组织修复和重组以及伤口愈合过程中发挥重要作用
科学家可以将这些细胞重新编程为多能干细胞，用于诊断和治疗
在这项工作中，细胞接种和模式化HDF组织在预先设计的LCE基质上的分裂的综合效应产生了融合组织
结构化的LCE对组织有着显著的影响，它们控制着细胞的排列模式和空间分布、密度、波动和表型
图案化的LCE通过预定位置的各向异性表面相互作用显示组织中拓扑缺陷的位置
由于细胞排列和拓扑缺陷可以在微尺度上控制生化过程，这项工作为控制组织模式的工程表面打开了可能性，以便为特定功能设计它们
在实验过程中，图里夫等人
用玻璃板支撑LCE基底，并用氧化铟锡(ITO)覆盖以降低表面粗糙度，随后涂覆一层光敏偶氮染料，并最终用细胞培养的水性介质覆盖基底
材料表面的颗粒作为HDF细胞的导轨
当HDF细胞悬浮在细胞培养物中时，它们看起来是圆形的，但是在置于基质中后，它们呈现出拉长的外观
科学家们记录了细胞接种综合效应的结果
结果表明，定向有序是由于细胞与LCE底物之间的直接相互作用引起的
底物有助于HDF细胞的胞体和细胞核的排列，这是许多细胞功能的重要特征，包括蛋白质表达、运动、代谢和分化
具有(1/2，+1/2)对缺陷的LCE上的HDF单元的图案对准
(一)偏光显微镜纹理，显示LCE与细胞生长培养基接触时的LCE和光学延迟
(B和C)与细胞生长培养基接触的LCE表面的DHM织构具有(B)1/2和(C) +1/2缺陷
荧光染色的HDF细胞；4’，6-二脒基-2-苯基吲哚标记的细胞核(蓝色)和阴茎海绵体标记的肌动蛋白细胞骨架丝(绿色)
细胞核的表面密度σ是离+1/2(蓝色)和1/2(红色)缺陷核的距离r的函数
(6)缺陷核附近原子核的大数量密度起伏δN
接种后240小时LCE基质上HDF细胞的相变图像
蓝点和红点分别表示+1/2和1/2缺陷核心的位置，从LCE的偏光显微镜纹理获得
(1)彩色编码取向场和(2)用脉冲编码调制成像的图案化HDF组织导向器HDF的相应方案
(1)中的红色条表示细胞长轴的局部方向
(J)半强度缺陷之间的分离，用于它们之间的水平和垂直导向器(见图
S6)
比例尺，300微米
学分:科学进步，doi: 10
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aaz6485 LCE的HDF小组按照预先规定的方向，自行组织成排列整齐的集会
研究小组注意到，当细胞接近LCE基底上的缺陷核心和其他拓扑不一致(弯曲型缺陷或张开型缺陷)时，细胞的行为和细胞密度会发生变化
底物显著影响相互接触的HDF细胞，导致细胞大小和形状的强烈差异
显著的差异表明了预先设计的模式对HDF细胞表型(大小和形状)的影响
基于额外的结果，图里夫等人
认为组织中的数密度波动受指向矢图案的表面电荷的影响，并在更大的表面积上详细研究了这个问题
LCE上的HDF单元的图案化对准预先设计有一对1和径向+1(展曲型)缺陷
(一)与细胞生长培养基接触的cell模式的显微镜图像
(二)荧光标记HDF细胞
(三)细胞核表面密度σ与离缺陷核的距离的函数关系
(四)大的数密度波动δN，平均核数\\ N \\表明1号核附近的斜率比+1号核大
(5)细胞接种后240小时LCE层HDF细胞的相变纹理
红色和蓝色点表示从交叉偏振纹理获得的图案化LCE中1和+1缺陷的位置
(6)彩色编码取向场和(7)由(5)中相变材料纹理的局部各向异性得到的图案化HDF组织导向器HDF的相应方案
图中的红色条表示细胞长轴的局部方向
(8)靠近+1径向铁芯的两个+1/2缺陷之间分离的时间相关性
比例尺，300微米
学分:科学进步，doi: 10
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aaz6485 通过这种方式，塔拉斯·图里夫和他的同事展示了图案化组织中缺陷的动力学和传播，以及如何通过表面锚定力来阻止它们
科学家使用具有不同分子取向的光图案化结构的LCE基底来生长具有预先设计的细胞排列的生物组织
底物影响细胞排列以及细胞表面密度和细胞表型
研究小组注意到，在带正拓扑电荷的缺陷核心中，细胞密度较高，而在负缺陷附近，细胞密度较低
通过与含水细胞培养基接触时膨胀，细胞机械地与基质对齐，随后与预先设计的光图案化方向对齐
这种方法将允许材料科学家和生物工程师设计具有预定细胞排列和定向缺陷精确定位的生物组织
结果可以促进受控的细胞迁移、分化
和凋亡
这项工作可以进一步优化，以促进对组织发育和再生的基本机制的理解
在+1/2和1/2向错中组装的取向顺序
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
aaz6485
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