真核細胞在活組織中以空間變化的取向順序形成動態(tài)圖案，從而影響重要的生理過程，例如凋亡和細胞遷移?，F(xiàn)今面臨的挑戰(zhàn)是如何在生長的組織上賦予預先設計的取向順序圖案。由細胞彼此緊密接觸形成的活組織，常因不等軸細胞的相互排列而表現(xiàn)出取向順序。由導向子所表示的平均取向的方向在時間和空間上變化，所產(chǎn)生的拓撲缺陷稱為位錯。這些缺陷在組織內(nèi)移動，并在壓縮-舒張應力和諸如提取死細胞的過程中起重要作用。在生物醫(yī)學以及操縱活性物質領域，設計用于具有取向順序的活細胞的組織支架并控制缺陷的拓撲類型和動力學的方法十分重要。
近日，肯特州立大學的Oleg D. Lavrentovich教授團隊在《Science Advances》上介紹了一種使用光取向液晶彈性體（LCE）在水性介質中各向異性膨脹，以產(chǎn)生具有預先設計的定向圖案和拓撲缺陷的人類皮膚成纖維單層細胞的方法?？淘贚CE上的圖案被組織單層復制，并引起細胞表型的強烈空間變化，以及表面密度和數(shù)量密度的波動。各向異性表面錨固抑制了活性物質固有的缺陷對的解鏈動力學，從而可以估計組織的彈性特征。這種圖案化LCE方法具有控制活組織中細胞的集體行為，細胞分化和組織形態(tài)發(fā)生的潛力。
作者在聚合之前將LCE前體的分子取向通過等離激元光致取向來圖案化。然后通過前驅物的紫外（UV）光聚合固定納米級分子順序。最后將細胞的水分散體沉積到LCE基底上。水中溶脹會產(chǎn)生LCE各向異性的非平坦形貌，該形貌將引導伸長的人類皮膚成纖維細胞（HDF）接觸基底后取向。接種和細胞分裂的共同作用產(chǎn)生了融合的組織，HDF細胞排列模式遵循LCE導向子的預先設計圖案。順序參數(shù)SHDF的結果表明，取向順序主要是由每個細胞與LCE基底的直接相互作用引起的。
晶粒沿
的伸長是由LCE彈性的各向異性引起的，并且當
在空間變化時依然存留。即使非常靠近（~10μm）梯度發(fā)散的拓撲缺陷核心，晶粒依然可以沿
空間變化而伸長。這一功能將LCE基底的取向能力擴展到空間變化的圖案。HDF細胞可以遵循預設的導向子
(r)自組織成具有取向的組裝。由+1/2和-1/2位錯的存在證明，組裝的取向順序是非極性的，
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。這些位錯的核心與LCE中位錯的核心共定位。在“濕”活性向列相與動量守恒中，由于+1/2缺陷的高移動性，+1/2和-1/2缺陷對趨向于解除綁定。
HDF細胞取向遵循純展開或彎曲的整數(shù)+1缺陷的LCE圖案化導向子。局部細胞密度在+1核附近增加。在距核20μm的距離處，放射狀+1缺陷的細胞表面密度為σ≈0.5×108m-2，比遠離核（r = 300μm）的密度0.35×108m-2高1.5倍。圓形+1缺陷具有更高的聚集細胞能力：σ≈1.5×108m-2。相反，-1缺陷HDF細胞密度比+1缺陷低三倍，σ≈0.5×108m-2，其比遠離缺陷核的密度低25％到30％。LCE基質對HDF細胞的大小和形狀有顯著影響。因為細胞相互接觸，σ在不同LCE圖案處具有強烈變化，轉化為細胞的大小和形狀差異。在+1缺陷附近HDF近似為橢圓形，而-1缺陷附近的細胞則更長。
作者證明了具有空間變化分子取向的光圖案結構LCE基底可用于生長具有預先設計的細胞排列方式的生物組織。未來可以通過對LCE進行化學功能化，制造具有環(huán)境響應動態(tài)形貌的LCE基底，進一步開發(fā)所提出的技術，對組織發(fā)育和再生的基本機理有更深入的了解
