细胞外基质（ECM）对细胞行为起着至关重要的调控作用。该调控主要是通过细胞与材料表面的相互作用实现,在此过程中,细胞通过骨架蛋白感知接触界面的微形貌、拓扑结构、硬度等外界因素,通过细胞骨架重组改变细胞力学状态,从而影响细胞信号通路调控和相关蛋白的表达反馈,诱导细胞行为发生改变。研究材料表面对细胞行为的作用规律和机理,对生物材料制备以及临床医学研究具有重要意义。本论文从“无序到有序”,“各向同性”,“表面均质统一”的研究思路,通过设计三种不同类型的材料表面来探究界面诱导癌症细胞的行为变化,并探究相关的分子机制。其中包括:1)根据模拟生物组织内的纤维结构研究上皮样乳腺癌细胞的迁移行为;2)借助规整排列的纳米阵列结构研究机械力对上皮样胰腺癌细胞骨架的重构以及机械力相关的信号通路;3)根据模拟组织硬度的水凝胶研究PDX原代肿瘤细胞团簇行为以及肿瘤发生的动态过程。论文主要的研究内容和结果有:1.利用模拟生物组织内“随机分布”的纤维结构,采用静电纺丝技术制备得到不同有序度的聚己内酯（PCL）纳米纤维结构探究细胞迁移行为。通过原位观测,我们发现MDA-MB-231乳腺癌细胞的运动轨迹以及细胞的骨架排布方向与纤维的取向一致,波形蛋白和其上游β-连环蛋白对纤维表面诱导的运动有显著影响。通过小干扰RNA沉默相关蛋白,细胞的运动速率响应提高,迁移的定向性响应降低。然而,细胞伪足的主要相关蛋白RAC1和CDC42的小干扰RNA沉默提高了取向纤维上细胞的运动速率,对迁移的定向性无明显影响。2.借助“有序可控”规整排列的纳米阵列结构研究细胞对阵列结构的响应行为。通过金属辅助化学刻蚀方法,制备得到规整排列、尺寸可控（直径380 nm、100 nm和高度0.7μm8.2μm）的硅纳米柱阵列。发现在硅纳米柱阵列上,PANC-1胰腺癌细胞大多呈球形,而细胞边缘的纳米柱由于细胞的收缩力被拉弯,纳米柱阵列上细胞骨架结构遭到破坏,导致细胞的增殖能力和迁移能力降低,并且远低于平硅。3.借助“有序可控”规整排列的纳米阵列结构研究细胞的骨架空间重排。通过超分辨荧光显微镜对骨架纤维图像的采集与分析,实验发现纳米柱阵列上细胞骨架纤维发生重构:细胞底部的肌动蛋白纤维排列受整齐排列的阵列结构影响而呈60°交叉分布;微管和肌动蛋白聚集在细胞边缘,维持细胞结构的稳定性,降低细胞的迁移能力;波形蛋白中间丝绕核分布且聚合程度增加,不向细胞两极延伸,抑制细胞的迁移与增殖。4.借助“有序可控”规整排列的纳米阵列结构研究细胞对力学的响应。样品SNP300和SNP100的单根纳米柱的理论弹性系数分别为4.5 n N/nm和0.24n N/nm,细胞边缘柱顶端的平均偏移距离分别为102 nm和671 nm,细胞平均受力分别为462 n N和161 n N。研究发现,与平硅相比较,纳米柱阵列上细胞骨架应力纤维被破坏,细胞核严重变形,核膜表面褶皱;细胞与细胞核的高度明显增加,细胞体积无明显变化,而细胞核体积略微提升;并且机械力相关的活化转录因子ATF3高表达,且入核比例超过40%。5.通过“表面均质”的聚丙烯酰胺水凝胶生物表面研究细胞对硬度的响应。我们发现,PDX原代肿瘤细胞在软凝胶上（0.487 k Pa）进入指数增殖期以及形成细胞团簇的时间点比硬凝胶（21 k Pa）较晚。由于缺少力学支撑,单个细胞引起软凝胶表面凹陷,而细胞团簇由于细胞间的力学支撑使细胞的变形程度降低。软凝胶上,细胞间相互挤压变形,形成类肿瘤组织的结构。细胞团簇中心的骨架均匀分布分,而团簇边缘部分表现出明显的极性。