上皮组织是连续的细胞薄片，它们是内部器官的形状稳定的支撑，并通过覆盖它们的表面来支持它们的结构。它们在胚胎发育过程中获得了与其特定功能相适应的各种形态，如肾小管和肺中发现的复杂分支结构。上皮形态发生和动态平衡的维持是由其显著的力学机制控制的，即通过积极重塑细胞-细胞连接和调节局部应力分布，上皮可以变得有弹性、可塑性和粘性。
来自洛桑理工学院费德拉尔分校的学者利用显微制造、FNITE元素模拟、光片显微镜和机器人显微操作被用来显示覆盖在上皮皮肤上的胶原凝胶是形状可编程的软物质。该过程涉及由机械扰动引起的固体到流体的转变，在组织界面产生空间分布的表面应力，并且服从加法和减法制造技术。通过指导基材的各种模塑、雕刻和组装形式的形态形成，本文展示了这种用于工程设计者的策略的健壮性和多功能性。这一结果为深入了解上皮细胞的活性力学特性提供了依据，并为构建可持续建筑的工程组织提供了方法。相关文章以“Tissue Engineering with Mechanically Induced Solid-Fluid Transitions”标题发表在Advanced Materials。
论文链接：
https://doi.org/10.1002/adma.202106149
图1.具有长期形状稳定性的显微组织的形成。a)组织工程过程示意图。上皮细胞致密聚合的胶原凝胶(蓝色)，同时在24小时内组织成一个连续的外壳。b)3×0.4×0.4mm3孔内形成的组织的代表性图片。c)微组织的构筑。
图2.显微组织的成型。a)具有代表性的相位对比图像，显示形成在井内的组织的形态演变，其形状为方形棱镜(2 mm×2 mm×0.4 mm)。b)显示细胞内f-actin的共聚焦显微照片。插图显示放大后局部区域的f-actin(绿色)和细胞核(蓝色)。c)XY平面上的组织轮廓线(n=12)。
图3.组织的减材和增材制造。a)使用烧灼装置将方形棱镜形状的组织切成两半。(左)切割和轴的示意图。(右)显微照片显示暴露的表面重新上皮化。再上皮化过程的特写视图显示在下面的面板上。b)通过使用显微剪刀或烧灼设备切割出碎片来成形组织。OP标记的是手术后立即拍摄的图像。c) 通过手术取出多块具有代表性的组织。
图4.可编程细胞死亡过程中的组织折叠。a)利用Blebbistatin的光毒活性进行时空控制的细胞消融示意图。b)光片显微镜图像显示照射后向暴露区域迁移的细胞核。在不同条件下受控细胞死亡后形状变化。c)形成后1天，d)胶原聚合后30min，以及e)形成后1天，用转化生长因子-β1处理的细胞形态。
本文提供了几个重要的观察结果，即在本文的模型系统中，处方长期持续的组织形态依赖于连续上皮片的形成。本文假设细胞在形成单层时会经历堵塞转变，这与细胞间通过E-钙粘附素结合复合体形成强烈的细胞间黏附的发展相一致。以往的研究表明，细胞间黏附在组织形态稳定中起着重要作用。此外，这种卡住的转变将表面应力提高到可能使大块组织变形的程度，本文利用了这一潜力进行组织工程。细胞-细胞和细胞-ECM黏附的局部动力学还需要进一步的实验研究。探测细胞间的张力和表面应力将有助于验证该理论。从工程学的角度来看，通过使用基因工程细胞控制细胞凝聚力的时空动态，可以极大地提高成形的分辨率。
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