隨著組織工程領域的發展，生物材料界麵與(yu) 細胞的相互作用及物理機製成為(wei) 研究熱點。生物界麵的拓撲形貌可有效調控細胞行為(wei) 並影響細胞功能。而體(ti) 內(nei) 的一些生理過程如胚胎發育、免疫應答以及組織更新與(yu) 重塑等往往涉及多細胞的集體(ti) 行為(wei) 。腫瘤的侵襲和轉移也與(yu) 集體(ti) 細胞的協調運動有關(guan) 。細胞球作為(wei) 一種體(ti) 外三維細胞培養(yang) 模型，具有強烈的細胞-細胞相互作用，可在細胞生理學、信號通路、基因和蛋白表達以及氣體(ti) /營養(yang) 物質梯度等方麵更好地模擬體(ti) 內(nei) 環境。因此，明確材料表麵拓撲結構與(yu) 細胞球的相互作用對探究體(ti) 內(nei) 生理、病理機製具有重要意義(yi) 。然而，當前同時具有厘米級尺度和微納米精度的跨尺度微納拓撲結構尚難以快速製備。 

　　近日，中國科學院理化技術研究所仿生智能界麵科學中心有機納米光子學實驗室研究員鄭美玲團隊在跨尺度微納拓撲結構製備及細胞球浸潤性調控方麵取得了新進展。該團隊提出采用飛秒激光無掩膜投影光刻技術（MOPL）製備大麵積兼具高精度的微盤陣列拓撲結構以研究細胞球的浸潤性。該研究發現細胞球在多種不同單元直徑的微盤陣列拓撲結構上展示出不同的浸潤速度。研究通過分析細胞形態、骨架分布和細胞黏附，解析了細胞球浸潤速度的變化機製，並發現了細胞球在大尺寸和小尺寸的微盤結構單元上采取不同的浸潤模式。該研究揭示了細胞球對跨尺度微納拓撲結構的響應機製，為(wei) 探討組織浸潤行為(wei) 提供了參考。 

　　MOPL是一種高效率且能靈活化地製備微納拓撲結構的技術。考慮到單個(ge) 細胞的尺寸以及細胞球浸潤過程中與(yu) 大麵積拓撲結構的相互作用，該工作利用MOPL技術製備了高度低於(yu) 1μm，且拓撲單元直徑分別為(wei) 2、5、20和50 μm的大麵積（8 mm × 10 mm）微盤陣列結構（圖1）。 

　　該研究采用超低吸附法製備了大小均一的人腎透明細胞癌細胞的細胞球。進一步，科研人員利用激光掃描共聚焦熒光顯微鏡，觀察細胞球在微盤陣列拓撲結構上的動態浸潤行為(wei) 。細胞球在一係列微盤陣列拓撲結構上發生了完全浸潤並展現出不同的浸潤麵積。結合細胞球鋪展理論，通過量化不同時間點的細胞球浸潤麵積，研究發現細胞球的浸潤速度在2、5、50和20 μm直徑的微盤結構單元上依次減小，且細胞球在直徑為(wei) 20 μm的微盤結構單元上具有較小的細胞-基底黏附能（圖2）。 

　　進一步地，研究人員利用免疫熒光染色分析了多種不同微盤結構上的細胞形態、肌動蛋白和黏著斑分布，提出了細胞球在直徑2μm和5 μm的小尺寸的微盤結構上采取攀爬模式浸潤以及在直徑20μm和50 μm的較大尺寸的微盤結構上采取繞行模式浸潤（圖3）。細胞球的浸潤過程表現為(wei) 一種多細胞的集體(ti) 協調運動。 

　　該研究揭示了細胞球在各向同性微盤陣列拓撲結構表麵的浸潤機製，深化了對於(yu) 細胞球與(yu) 界麵拓撲結構相互作用的認知。本工作是飛秒激光麵投影納米光刻技術及應用的拓展。相關(guan) 研究成果發表在Small上。研究工作得到國家重點研發計劃“納米科技”重點專(zhuan) 項、國家自然科學麵上基金項目和中科院國際夥(huo) 伴計劃等的支持。 

圖1.飛秒激光無掩膜投影光刻示意圖及製備的微盤陣列拓撲結構 

圖2.細胞球在多種拓撲結構上的動態浸潤過程與(yu) 分析 

圖3.細胞球的攀爬浸潤和繞行浸潤模式解析