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组织工程技术的发展为器官移植供体短缺提供了潜在的解决方案。细胞片技术是“自下而上”组织工程学策略的重要组成部分,在细胞无损收割、薄层组织替代治疗及细胞密集型三维组织构建中具有重要价值。然而如肌肉、骨骼、血管和神经等组织,其生理功能的实现与细胞及细胞外基质结构的有序性密切相关因此,为了更好地构建功能化仿生组织,需要获得细胞及细胞外基质方向可控的细胞片,并开发有效的细胞片转移操控系统。光控细胞片技术利用TiO2光响应特点可以高效无损地收割细胞片,本文以光控细胞片技术为基础,构建了功能一体化的光控细胞片操控体系,包括光控细胞排列、光控细胞片脱附、光敏凝胶辅助细胞片转移和叠加等,并对其生物学性能及机制进行了研究。首先我们论证了TiO2纳米点薄膜具有光照功能化特征,即合适的紫外光预处理可以提高纳米点的生物活性,促进蛋白及细胞粘附。而掩膜版下光照处理则得到了微图案化的生物活化区域,细胞在微图案化表面表现出定向伸展和有序排列的行为。通过对光照处理后的样品表面分析,明确了光生表面羟基介导了这一生物活化过程,即光照局部端羟基比例增加吸引了更多基质蛋白的沉积,并最终影响了细胞粘附和伸展的行为。据我们所知,这是首次将TiO2光照功能化现象应用于细胞微图案化调控。将定向排列的细胞继续培养至完全汇合,其方向性被保存了下来,再次紫外光处理,由于基板表面的亲水性改变及光生羟基作用,外层蛋白与基板脱离,可以获得包含部分外层蛋白的定向细胞片。实验证实,通过该方式收割的定向细胞片具有良好的生物活性和统一的方向性。我们分析了细胞感受光控微图案化表面的机制,以进一步认识和优化光控细胞定向技术。本研究引入了“快速傅里叶变换”的图像处理方法来获取细胞排列的定量化数据。通过分析微图案化表面的几何参数与细胞排列之间的关系,明确了细胞与条带之间的尺寸关系是影响细胞定向排列的重要因素,并基于此获得了更多细胞类型的定向细胞片。进而从单个细胞层面观察了微图案化表面细胞的粘附和伸展情况,明确伪足在细胞感受外周环境中的重要作用。通过抑制细胞骨架相关蛋白及通路,我们认为MyosinⅡ/ROCK通路介导的细胞伪足回缩,是实现光控微图案化表面定向排列的重要机制。由于直接脱附的定向细胞片操控性较差,而独特的收缩特性也限制了其进一步应用,我们将光聚合水凝胶GelMA整合到光控细胞片脱附、转移和叠加过程中。实验证明,在GelMA的辅助下,定向细胞片脱附效率增加,脱附的细胞片可长期保养于体外,并分泌具有方向性的细胞外基质,并可以影响与之共培养的其他细胞。在脱附的定向HFF-1细胞片表面定植HUVECs,后者不仅呈现方向性排列,同时形成了更好的微血管结构,我们认为这与HFF-1定向细胞片表达了更高水平的成血管方面基因VEGFA和ANG-1有关。最后,GelMA还可以操控不同方向的定向细胞片叠加,构建具有复杂结构的三维组织。GelMA辅助系统的引入使光控细胞片技术真正成为了功能整合的有机整体,为其更大的应用奠定了基础。