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在组织工程中，体外构建组织内异质性是一大难题。研究人员以间充质干细胞（MSCs）为对象，借助微沟槽基底探究拓扑缺陷的作用。结果发现拓扑缺陷可诱导 MSCs 异质分布，进而引发组织内异质性。该研究为组织工程提供新思路。
在生命科学的奇妙世界里，组织工程一直致力于打造如同天然组织般复杂且功能完备的人造组织。然而，体外构建组织内异质性却像是横亘在前行道路上的一座大山。间充质干细胞（Mesenchymal Stem Cells，MSCs）作为组织工程的理想细胞来源，其在体外的自我组织和分化调控充满挑战。
拓扑缺陷，这个在凝聚态物理领域大放异彩的概念，在生物世界也广泛存在。从指纹的独特纹路，到细胞在体外培养时形成的特殊结构，都有拓扑缺陷的身影。已有研究表明，拓扑缺陷能影响细胞行为，可它对 MSCs 的自我组织和分化有何影响，却还是个未解之谜。为了揭开这个谜团，研究人员踏上了探索之旅，相关研究成果发表在《Biomaterials Advances》。
研究人员为了深入探究拓扑缺陷对 MSCs 的影响，采用了关键的技术方法。他们设计并制备了含有典型拓扑缺陷的微沟槽基底，运用光刻技术在硅片上构建出特定图案，再以此为模板制作微沟槽聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底，从而将拓扑缺陷引入 MSCs 单层培养体系中，以此来观察 MSCs 的行为变化 。
设计和制备微沟槽基底
研究人员精心挑选了电荷分别为m=+1、?1、+1/2和?1/2的拓扑缺陷进行研究。根据这些拓扑缺陷的图案，设计了宽度和间距均为 3μm 的微条纹，并制作在光掩模上。通过光刻技术，在经过O2等离子体处理的硅片上成功制备出微沟槽基底。这一操作成功地为后续研究搭建了理想的实验平台。
拓扑缺陷对 MSCs 自我组织的影响
研究发现，拓扑缺陷具有神奇的 “指挥棒” 作用。带正电的拓扑缺陷，如+1和+1/2，能够诱导 MSCs 向中心聚集，就像有一股无形的力量，牵引着细胞向特定区域靠拢。而带负电的拓扑缺陷则恰恰相反，会促使 MSCs 离心迁移，导致细胞呈现出异质分布的状态。这种由拓扑缺陷引发的 MSCs 分布变化，揭示了拓扑缺陷在调控 MSCs 自我组织方面的重要作用。
异质分布的 MSCs 对组织内异质性的影响
那些因拓扑缺陷而呈异质分布的 MSCs 并没有 “安分守己”。它们进一步发挥作用，通过调控形态发生过程，在增殖、干细胞干性维持和成骨分化等方面诱导出组织内异质性。这意味着拓扑缺陷不仅仅改变了 MSCs 的分布，更对 MSCs 的多种关键特性产生了深远影响，为理解组织内异质性的形成机制提供了新视角。
研究结论表明，通过设计和制备微沟槽基底，成功在体外 MSCs 单层中诱导出拓扑缺陷。这些拓扑缺陷有效调控了 MSCs 的自我组织，使其呈现异质分布，进而引发了组织内异质性。这一研究成果意义非凡，它为基于 MSCs 的组织工程提供了全新的策略和理论依据，有望推动组织工程领域取得新的突破，为未来的再生医学发展开辟更广阔的道路。
