综述：工程化细胞外微环境：纤维材料对细胞行为的影响

这篇综述系统阐述了纤维材料在组织工程和生物制造中的应用，重点探讨了纤维结构如何通过调控表面化学、拓扑结构、直径和排列等参数（ECM）来指导细胞行为（如迁移、分化和增殖），为构建仿生微环境提供了重要设计原则。文章还深入分析了3D纤维增强支架和生物墨水的最新进展，展望了其在疾病模型和再生医学中的应用前景。

　　

细胞与纤维的共舞：解码仿生微环境的设计密码

在生命科学的舞台上，细胞如同精密的舞者，而纤维构成的细胞外基质(ECM)就是它们的舞台。这篇综述深入解析了这场生命之舞的编排密码——如何通过工程化纤维材料精准调控细胞行为。

细胞互作的分子探戈

细胞通过复杂的跨膜蛋白网络感知环境。黏着连接(adherens junctions)由钙离子依赖的钙黏蛋白构成，桥粒(desmosomes)则通过桥粒芯蛋白锚定中间纤维，这些结构共同维持组织完整性。当细胞踏上由胶原(collagen)、纤连蛋白(fibronectin)等ECM蛋白编织的"舞毯"时，整合素(integrin)介导的黏着斑(focal adhesions)便成为它们的着力点。

纤维设计的空间诗学

• 表面化学：RGD肽修饰使惰性材料变身细胞磁石，如蜘蛛丝蛋白eADF4(C16)经改造后获得促黏附特性

• 拓扑引导：微米级纤维(≈8-56 μm)促进细胞极化，纳米级纤维(<1 μm)增强黏附

• 排列艺术：纤维间距小于细胞直径时产生接触引导(contact guidance)，间距过大则丧失方向性

3D舞台的搭建艺术

在脑组织工程中，熔融电写(melt electrowriting)制作的三角形支架支撑着模拟脑ECM的软水凝胶，为肿瘤研究提供理想模型。而短纤维增强的生物墨水则展现出独特优势：

• 机械强化：添加3%(w/v)聚己内酯(PCL)纤维使聚环氧乙烷(PEO)水凝胶刚度提升13倍

• 打印优化：纤维素纳米纤维使藻酸盐墨水获得更好的形状保真度

• 动态调控：磁性排列的纤维引导神经元沿预设方向生长

未来舞台的智能聚光灯

刺激响应材料正开启新的篇章：

• 电活性纤维通过Ca²⁺波动调控心肌细胞节律

• pH敏感纤维在伤口感染部位智能释放药物

• 机器学习优化的血管网络支架实现精准灌注

这场细胞与材料的二重奏远未结束。当合成生物学遇上智能材料，当AI算法邂逅微流控芯片，组织工程正在谱写再生医学的新乐章。每一个纤维参数的微调，都是对生命密码的又一次破译，让我们离创造功能化人工器官的梦想更近一步。