2.5D微納拓撲形貌調控人工角膜基質細胞的接觸導向行為

模擬天然體外微環境是再生醫學領域的核心挑戰之一。傳統的細胞培養多采用平鋪的二維基底，但真實的角膜組織擁有復雜的三維微納拓撲結構，其各向異性的膠原纖維層級排列直接決定了角膜的光學透明度與力學強度。

荷蘭馬斯特里赫特大學與意大利相關機構的研究團隊在 Bioengineering 上發表了關于組織工程接觸導向信號深度表征的論文。該團隊利用雙光子聚合光刻技術在氧化銦錫玻璃表面構建了一系列高度及線寬精密可控的2.5D人工引導信號，并系統性評估了這些微觀拓撲結構對原代人類角膜基質細胞表型及膠原排列的動態影響。

圖 1 | 天然角膜基質三維形貌與人工 2.5D 拓撲圖譜對比

要理清三維物理信號在細胞行為中的具體角色，必須對自然組織的復雜結構進行剝離。研究團隊通過逐步簡化的策略，將天然的膠原基質特征拆解并重建為帶有高度信息的2.5D圖譜以及單純的2D蛋白分子圖案。不同于僅局限于單一特征維度的傳統表征，該研究細致比對了各種高度與線寬條件下的細胞響應。

高分辨的掃描電子顯微鏡揭示了人工拓撲陣列中的關鍵變量：諸如微結構溝槽深度導致的細胞黏著斑空間重塑。那些具備差異的立體引導標記，迫使角膜基質細胞演化出特定的牽引應分布狀態。

圖 2 | 具有不同高度梯度的接觸導向信號誘導了人類角膜基質細胞的平行排布行為。

在該項研究的形貌觀察環節中，無論是天然的角膜脫細胞基質還是基于光敏樹脂雙光子固化的2.5D結構陣列，皆屬于典型的非導電絕緣材料。特別是在觀察具備高深寬比的周期納米溝槽或復雜的細胞偽足交聯網絡時，電子顯微鏡發射的高能電子束會導致局部荷電，從而產生嚴重的圖像畸變。

這類包含了精細生物結構以及熱敏感聚合物樹脂的復合樣品對導電鍍膜的質量有著極為嚴苛的要求。原作者對這兩類樣品均采用濺射儀成功鍍覆了10nm的金膜，獲取了保真度高的成像。針對此類高難度立體絕緣結構的鍍膜需求，廣州競贏的 JY-S120A 全自動離子濺射儀 能夠提供解決方案。

JY-S120A 具備成熟的低壓直流磁控濺射機制以及冷態鍍覆特性，在確保金屬等離子體細密沉積至復雜納米縫隙深處的同時，消除熱輻射導致的生物細胞脫水導致的結構塌陷。此外，其全自動化的一鍵式真空控制與精確的時間/電流數字化系統，使得厚度如10nm左右的極薄金屬薄膜得以均勻、可重復地被濺射在各類絕緣微結構表面。

參考資料

van der Putten, C.; Sahin, G.; Grant, R.; D’Urso, M.; Giselbrecht, S.; Bouten, C.V.C.; Kurniawan, N.A. Dimensionality Matters: Exploiting UV-Photopatterned 2D and Two-Photon-Printed 2.5D Contact Guidance Cues to Control Corneal Fibroblast Behavior and Collagen Deposition. Bioengineering 2024, 11, 402