生物材料的曲率抑制或刺激骨细胞制造新组织

活细胞可以感知并响应其环境的几何形状。“细胞感知并响应它们所暴露的表面的几何形状。根据它们的曲率，表面可以鼓励细胞创造新的组织或阻止它们这样做，“生物材料和组织生物力学教授Amir Zadpoor说，他是一项研究的主管，该研究显示生物材料的曲率抑制或刺激骨细胞制造新组织。“刺激3D打印机产生的曲率是促进组织生长的一种简单安全的方法。与药物相比，它们也便宜得多。

在培养皿中，研究人员培养了骨细胞，周围环绕着由研究人员有经验的生物材料制成的小模具。根据模具中的曲率，细胞倾向于在不同程度上生长、分裂和形成组织。

尽管弯曲的形状似乎以无穷无尽的变化存在，但它们总是大致分为以下三类之一：具有凸曲率的球，具有凹曲率的马鞍和扁平的板。其中一位作者，生物材料助理教授Lidy Fratila-Apachitei说：“细胞更喜欢马鞍形状。如果他们察觉到附近的马鞍形状，就会刺激生长。该研究还表明，细胞更喜欢山谷而不是山丘。

第一作者Sebastien Callens在研究中进行了实验和分析。“细胞也有一个骨架，它由不同程度处于张力下的纤维组成。张力如何在这些纤维中建立强烈影响细胞的行为。我们的研究表明，细胞共同将其应力纤维与它们所经历的曲率对齐，以最大限度地减少弯曲的需要。我可以看到细胞更喜欢对齐而不是弯曲。

你不能在细胞周围只有马鞍曲线。正如三角形的三个角总是相加到180度一样，所有曲率的总和也必须等于一些基本数。“你的马鞍形状预算总是有限的，”Zadpoor说。“如果你在某处使用过多的负曲率，你必须在其他地方使用正曲率来保持总和恒定。您需要明智地使用预算来鼓励最大的组织再生。

该研究为生物材料和植入物的最佳几何形状提供了指导，以最大限度地提高组织再生。所需的复杂几何设计是使用高精度3D打印技术制成的，使形状如此之小，以至于细胞可以感知它们。Callens说：“我们现在已经发现了新的游戏规则，通过这些规则，生物材料可以刺激组织生长。在后续研究中，我们将尝试以最佳方式应用这些规则。