使用一种新的“收缩射线”，UT奥斯汀科学家可以实时改变水凝胶垫的表面，创建凹槽(蓝色)和其他图案，而不会干扰活细胞，例如模拟行为的成纤维细胞(红色)人体皮肤细胞在细胞生长期间这种表面特征的快速出现可以模拟在组织的发育和修复期间经历的动态条件(例如，在伤口愈合和神经再生中)。

从“Fantastic Voyage”到“卑鄙的我”，缩小光线一直是屏幕上的科幻小说。现在，德克萨斯大学奥斯汀分校的化学家已开发出一种真正的收缩射线，可以改变一块凝胶状物质的大小和形状，同时在人体或细菌细胞上生长。这种新工具为生物医学研究人员带来了希望，包括那些试图阐明如何种植植入物替代组织和器官的研究人员。

“为了理解和未来的工程师，细胞对环境物理特性的反应方式，你希望拥有可动态重塑的材料，”Jason B. Shear，化学教授和共同发明人新工具。

这项工作今天在线发表在美国化学学会期刊上。

收缩用于生长细胞的材料(称为基质)的真正力量并不是使其变小，而是选择性地改变表面的形状和纹理。通过精确控制材料内部的哪些部分缩小，研究人员可以在表面上创建特定的3D特征，包括凸起，凹槽和环。这就像从下面捏一块地毯，在表面形成山峰和山谷。

研究人员还可以随着时间的推移改变表面特征的位置和形状，例如将山脉变成一个小山丘或甚至一个下沉洞，模仿细胞通常生活，生长和移动的环境的动态性质。

收缩射线是近红外激光，可以聚焦在基板内的微小点上。衬底看起来和行为有点像Jell-O块。在微观层面上，它由蛋白质混杂而且像一堆纱线交织在一起。当激光撞击基板内的一个点时，蛋白质之间形成新的化学键，使它们更紧密地吸引，这种变化也会改变表面形状，因为它从下面拉紧。研究人员通过基板内的一系列点扫描激光，以在与目标细胞相关的任何位置创建任何所需的表面轮廓。

与在活细胞下改变基质的其他方法不同，UT奥斯汀收缩射线不会加热或化学改变表面，破坏活细胞或导致细胞从表面解开。它可以根据需要形成任何3D图案，同时通过显微镜观察生长的细胞。

UT奥斯汀研究人员的直接计划是利用该工具研究围绕细胞生长和迁移的基本科学问题，这些努力可以实现各种未来的医疗应用。例如，该方法可以导致促进伤口愈合或神经再生的材料和程序，或者帮助生长和成功植入替代组织，例如皮肤或心脏瓣膜。

“为了让组织在植入后生长，一旦植入就会有效，我们需要首先了解，然后更好地模仿它们通常在我们自己体内发育的环境，”Shear说。

另一个潜在的应用是关于表面形貌如何影响称为生物膜的危险细菌菌落形成的基础研究。微生物生物膜 - 在医疗设备上形成的密集，粘稠的细菌垫，可导致难以治疗的感染 - 每年在美国导致多达100万人的医院感染。如果科学家能够更好地了解地形特征阻止生物膜形成的原因，以及随时间变化的特征如何影响该过程，他们可能能够为生物医学设备开发涂层，阻止其形成并防止难以治疗的感染。

该论文的其他作者是博士后研究员Derek Hernandez，前研究员Eric Ritschdorff和前博士后研究员Jodi Connell。