组织工程用力学生物学和机械精密控制

有没有想过一个球体的细胞、桑椹胚,产生和迷人的形状和结构组织和器官吗?秘密在于胚胎组织的机制。他们表现出粘性(液体)和一个弹性(固体)行为取决于力。EPFL, Erik Mailand,博士生,塞尔曼人形,机械工程助理教授,决定利用细胞集群的mechanoresponsive流变学工程组织与长期复杂的形态。

从单个细胞力学多细胞组织

工程师们长期以来一直研究动物组织的目标能够工程师复制再生医学和药物筛选。虽然有制造技术,暂时概括本地组织的形式和结构,规定的形态是不稳定的。细胞不断运用部队安排自己和周围的脚手架成一个积极良好的状态,和身体活动几乎总是扰乱秩序。“我们希望提供细胞的机械信号,这样他们的期望状态的同时,我们的蓝图组织萨卡尔说,“欧洲的MicroBioRobotic系统(活)实验室。“我们反复观察到细胞组织倾向于崩溃成一团由于表面应力的出现。”Sakar's research group therefore studied the behavior of both individual cells and microfabricated tissues in order to better understand physical principles of self-organization. Their findings have been recently published in two separate articles in先进材料。

工程师首先执行机器人精密控制实验,看看细胞响应部队在纤维矩阵。为此,他们开发了一种遥控cell-sized磁microactuator可以在组织运营。”这个平台让我们发现的装载条件变化的组织细胞。这些实验也很重要,理解纤维化和癌症等疾病的发作,”萨卡尔说。工程师们创造了一个一对一的数字复制的实验系统量化microactuator产生的机械应力。“我们使用了数字双胞胎几乎测试不同的机械驱动方案和设计实验,揭示小说的见解,“说Fazil Uslu,第一篇文章的第一作者。

相变的上皮

从早期的实验后,控制表面应力工程师集中他们的注意力。上皮细胞是健壮的组织支持胚胎和器官的结构和作为对病原体的壁垒。值得注意的是,上皮细胞可以成为弹性、塑性和粘性积极改造信息连接,调节局部应力的分布。“我们使用了精密加工,计算力学,纸张显微镜,和小说机器人精密控制平台显示胶原凝胶连续的上皮覆盖表可以自由的使用机械力量,“Mailand说,第二篇文章的主要作者。这个过程包括可逆固体的流体过渡上皮,并服从加法和减法制造技术。工程师们展示了他们的策略的鲁棒性和通用性指导各种型的自组装,雕刻,从基材和组装的组织。

这个发现在组织工程的研究开辟了新的途径,希望有一天组织发达在实验室里将有适当的形式和功能植入病人或用于测试疗法。发现也可能提供一个解决问题的办法,组织血管化。随着工程组织的规模变大,细胞不再居住在核心访问周围的介质和需要我们的器官是血液的血管灌注。“我们的发现表明,它可能直接雕刻隧道到一个组织,由周围的细胞最终将稳定,人为地创造射流网络。”Sakar says. Showing that endothelial cells show similar mechanoresponsive characteristics as epithelial细胞项目的下一个目标。

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