近日来自哈佛大学保尔森工程与应用科学学院(SEAS)、哈佛大学生物灵感工程怀斯研究所和哈佛大学艺术与科学学院(FAS)化学与化学生物学系的团队，开发出一种混合材料，其能够在从整个细胞片下至单个细胞的小区域的尺寸上实现高度可控的细胞变形。
“凭借其独特的能力，相对容易合成和使用，我们的新材料方法克服了现有的实验限制，并可以推动对细胞形态发生、细胞运动和细胞-细胞相互作用的力相关方面的研究在高度可控和更多的生命像体外形式，”材料科学SEAS和Wyss研究所核心教员Joanna Aizenberg教授介绍道。该方法可以应用于单细胞、微生物或更大的细胞网络，如形成组织的细胞。它为不同的研究领域，包括细胞和发育生物学、再生医学和药物测试启用新的研究工具。
该材料由嵌入水凝胶中的微小微孔板阵列组成，在该杂化材料的顶表面上生长的细胞紧密地附着于微板的尖端。水凝胶可以用聚焦激光局部加热并使其像肌肉一样收缩，拉动相邻的微孔板并拉伸表面上的细胞。该方法对于细胞是快速可逆的和安全的，因为它们不与水凝胶一起加热。
这张卡通示意图解释聚焦激光指向光响应水凝胶的一个区域如何导致其局部收缩，被动拉在嵌入的微孔板尖端和连接到它们的细胞结构。如夹子中所示的水凝胶的俯视图所示，微孔板尖端在局部区域的位移发生得很快，并且是完全可逆的。
“通过改变水凝胶中微结构骨架的图案和尺寸，我们能够为不同的细胞来源生成最佳的底物，并且通过改变激光的定位和分布，我们可以操纵单细胞和亚细胞区域复杂细胞片层或片段的更大片段，”Wyss研究所技术开发研究员和论文共同作者Tanya Shirman说，“施加的力和响应时间反映在真实组织中，因此是高度生理的。”
这种多功能材料平台还可以用于与细胞研究或组织工程无关的研究，例如刺激响应材料、致动器、机器人、主动防污表面和自适应光学。例如，可以用指向关键区域的光来控制机器人的运动和合成关节的变形，或者可以通过在污染的区域照射光来清除污染的生物体的工业表面、诱导表面的局部致动并释放污染物。
该文章由Amy Sutton、Tanya Shirman、Jaakko Timonen、Grant England、Philseok Kim、Lauren Zazar、Elizabeth Strong、Thomas Ferrante，MIT的Mathias Kolle和Penn State University的Lauren Zarzar共同撰写。
