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为解决乳腺癌术后植入物相关问题及探究细胞与材料相互作用机制，研究人员以乳腺癌细胞（MCF7）和正常乳腺上皮细胞（MCF10a）为对象，开展细胞 - 材料相互作用研究。结果发现特定材料属性组合可促进 MCF10a 细胞生长并抑制 MCF7 细胞，这为新型植入物设计提供方向。
在生物医学领域，细胞与材料的相互作用就像一把神秘的钥匙，掌控着诸多医学应用的 “大门”，尤其是在乳腺癌治疗和乳房植入物方面。传统的乳房植入物，比如硅胶乳房植入物，虽广泛用于整形和重建手术，但近年来却问题频出。有研究发现，使用有纹理的乳房植入物可能会增加患罕见外周 T 细胞淋巴瘤（如乳房植入物相关间变性大细胞淋巴瘤，BIA - ALCL）的风险 。而且，乳腺癌患者在接受乳房切除术后，即使看似所有癌细胞都被清除，仍存在癌症复发的隐患，且乳房植入物与癌症复发之间的关系尚不明确。此外，以往对不同细胞类型与硅胶材料在人体植入后的相互作用研究也较为匮乏，传统研究方法聚焦单一参数，无法全面揭示细胞 - 材料相互作用的奥秘。在这样的背景下，为了探寻细胞与材料相互作用的真相，为乳房植入物设计提供更科学的依据，国外研究人员开展了一项极具意义的研究，相关成果发表在《Bioactive Materials》杂志上。
研究人员采用了多种关键技术方法来深入探究这一复杂的生物学现象。其中，双正交梯度（DOG）技术是核心技术之一，通过特定的屏蔽等离子体氧化处理在聚二甲基硅氧烷（PDMS）基底上制备出具有不同表面拓扑结构、刚度和润湿性梯度的样本。利用高通量筛选方法，将乳腺癌细胞（MCF7）和正常乳腺上皮细胞（MCF10a）接种在这些样本上进行培养，随后通过免疫荧光染色、高分辨率成像和定量分析等手段，全面观察细胞的行为变化。
下面来看具体的研究结果：
- 细胞对材料属性呈现多样反应：研究人员制备了包含不同 DOG 样本（刚度 - 润湿性（S - W）、拓扑结构 - 刚度（T - S）、拓扑结构 - 润湿性（T - W）和拓扑结构 - 刚度 | 润湿性（T - S|W））的筛选平台，并在上面培养 MCF10a 和 MCF7 细胞。通过热图和散点图分析发现，细胞在不同材料属性组合的表面呈现出多样的行为。总体上，72 小时时细胞增殖水平高于 24 小时，且在 T - S|W 样本的疏水侧，两种细胞增殖率均较低；在亲水侧，增殖率较高。此外，不同材料属性组合对细胞增殖、细胞面积和细胞密度的影响各异。
- 特定材料属性组合可调控细胞行为：对比两种细胞对材料属性的反应，发现平坦的 S - W 样本上细胞增殖率较高，引入拓扑结构则会降低增殖率；润湿性对 MCF10a 细胞的影响更为显著，亲水表面更利于其增殖；同时，研究还确定了一些特定的感兴趣区域（ROIs），在这些区域 MCF10a 细胞增殖高于 MCF7 细胞，这为设计促进健康细胞生长、抑制癌细胞的材料提供了潜在方向。研究人员将这些 ROIs 对应的材料属性翻译到均匀样本上进行验证，发现细胞密度会影响细胞行为，较低的接种密度下，MCF10a 细胞表现更优。
- 材料属性对细胞行为影响的定量分析：通过非线性回归和偏最小二乘法（PLS）分析，发现润湿性与 MCF10a 细胞的增殖、密度和面积有中等程度的相关性，其最佳增殖的接触角（WCA）在 30 - 40°；而 MCF7 细胞与润湿性的相关性不显著。刚度和拓扑结构虽然与细胞行为的相关性较弱，但也呈现出一定趋势，如较高的刚度与较高的细胞密度和面积相关，且拓扑结构的引入会使细胞面积减小。
- 拓扑结构抑制 MCF7 细胞早期簇形成：MCF7 细胞有形成细胞簇的特性，类似肿瘤的形成。研究发现，平坦表面更有利于 MCF7 细胞形成簇，而具有拓扑结构的表面则抑制其簇形成，使细胞更多地单独附着在材料表面。
在研究结论和讨论部分，该研究意义重大。研究表明，润湿性在预测细胞黏附和增殖方面起主导作用，但多种材料参数（润湿性、拓扑结构和刚度）的特定组合能引发细胞的不同反应。这为乳房植入物表面设计提供了新的思路，有望开发出能促进健康乳腺上皮细胞增殖、抑制癌细胞生长的植入物表面。不过，目前的研究也存在一定局限性，研究仅聚焦于特定的拓扑结构、刚度和润湿性，其他因素如表面粗糙度、表面化学和电荷等也可能影响细胞行为；同时，体内环境更为复杂，细胞 - 材料相互作用受多种因素影响，未来需要开展体内实验进一步验证研究结果。尽管如此，该研究仍是细胞 - 材料相互作用领域的重要突破，为后续研究和临床应用奠定了坚实基础，开启了通过优化材料属性来调控细胞行为，进而改善乳腺癌治疗和植入物性能的新篇章。
