PDMS微拓扑结构精准调控肌腱干细胞迁移行为促进肌腱再生的机制研究

针对肌腱损伤修复中干细胞迁移效率低下的难题，研究人员通过紫外光刻技术构建了具有精确微米级凹坑/柱状拓扑的PDMS支架，发现6种最优拓扑结构可显著增强肌腱干细胞（TSC）的定向迁移（取向角降低40%，极化程度提高2倍），首次揭示拓扑面积比例（AP≈0.1）与迁移速率的定量关系，为设计具有拓扑梯度的肌腱再生支架提供了新范式。

　　

肌腱损伤后形成的瘢痕组织常导致慢性疼痛和功能障碍，而肌腱干细胞（Tendon Stem Cells, TSCs）的迁移效率直接决定修复效果。现有生物支架多依赖生长因子诱导，但微米级拓扑结构对TSCs的调控机制尚不明确。西北工业大学的研究团队在《Biomaterials Advances》发表研究，通过紫外光刻（UV lithography）和蚀刻技术制备了直径7-21μm、间距13-47μm的精确PDMS微拓扑支架，系统揭示了凹坑（pits）和柱体（columns）对TSCs迁移的差异化调控规律。

研究采用高通量筛选、活细胞追踪和扫描电镜等技术，发现6种最优拓扑结构：3种凹坑结构（7μm/47μm、11μm/18μm、21μm/26μm）和3种柱体结构（8μm/14μm、13μm/13μm、18μm/18μm）。TSCs在凹坑结构上呈现"绕行"模式并诱导伪足（filopodia）分支，而在柱体结构上则表现为"包裹"行为并触发伪足（pseudopodia）变形。关键突破在于发现拓扑面积比例（Area Proportion, AP）与迁移速率的非线性关系——当AP≈0.1时迁移速率达到峰值。

【Preparation and characterization of topographical PDMS scaffolds】

通过紫外光刻将设计的5-15μm直径拓扑结构转印至SiO₂晶圆，PDMS固化时热胀冷缩导致实际尺寸偏差（柱体偏差达12.3%），但通过参数校正保证了实验可重复性。

【Characterization of scaffolds topography】

原子力显微镜显示凹坑结构的直径偏差随设计间距增大而减小，柱体结构则呈现相反趋势，这种差异源于PDMS在固化过程中的各向异性收缩。

【Discussions】

相比传统生长因子策略，微拓扑调控使TSCs的细胞骨架排列取向角减少40%，极化程度提升2倍。柱体结构通过激活整合素-肌动蛋白通路诱导机械信号转导（mechanotransduction），而凹坑结构则通过限制伪足扩展空间来引导迁移方向。

【Conclusions】

该研究首次建立拓扑参数与TSCs迁移的定量关系，证实7-21μm尺度拓扑可通过物理约束替代生化因子实现细胞定向招募。Ya-Jing YE团队提出的拓扑面积比例（AP）设计原则，为开发具有空间梯度变化的肌腱再生支架提供了新思路，有望突破现有修复技术对生长因子的依赖。研究不仅深化了对干细胞机械生物学（mechanobiology）的理解，更展示了微米级拓扑工程在组织再生领域的精准调控潜力。