科学家已经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 - 最初创造出世界上第一个自弯曲的角膜。
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。
角膜在5天内成型为碗状结构。将包含胶原，角膜基质细胞和肽两亲物(内圈)的三组分凝胶与包含胶原和角膜基质细胞(外圆)的双组分凝胶组合。当用含有生长因子的血清触发时，细胞外环比内环收缩得更多，导致结构的渐进曲率。图片来源：Wiley-VCH /纽卡斯尔大学
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的形成是通过创新使用细胞作为生物致动器来实现的，使零件移动的部件。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。
“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由细胞执行器控制。”- 组织工程教授Che Connon教授
从内部重塑结构“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特性。-Martina Miotto，主要作者”
凝胶包含胶原蛋白和包裹的角膜细胞，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：“由于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由细胞执行器控制。这可能使我们想象未来这种方法可以与钥匙孔手术相结合，使外科医生能够将组织植入一种形状，然后在体内形成更复杂的功能性形状由细胞本身的行为驱动。“
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较硬的中心。“该团队打算在未来几年内推进这项工作，以期将该技术提升为一种潜力制造用于人类移植的角膜的方法。
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