再生人体器官内褶皱组织

可用于各种器官组织的修复和再生

●创新点

生物黏膜大量存在于人体器官中，如气管黏膜、食道黏膜、胃黏膜、小肠黏膜等。大部分的生物黏膜都具有一定的表面褶皱形态。这些褶皱在人体器官内有重要功能：第一，增大表面积促进生物组织对营养与水分的吸收；第二，使腔体实现不同程度上的膨胀而不会因为过量拉伸产生损坏；第三，有些表面褶皱通过开放与闭合腔体的作用来实现腔内流体与固体的通过和阻拦。

制备具有功能性的人造器官和组织来替换或修复受损的生物器官组织一直是一个难以攻克的问题。现阶段制备人造器官的方案仍然局限在利用3D打印或者模具成型的方式，这些方法往往无法使器官内褶皱的黏膜具有灵活收缩/舒张的功能。

为解决上述局限和挑战，美国麻省理工学院的赵选贺团队首次利用力学模型指导了功能性人造生物褶皱组织的制备。在器官组织的生长过程中，生物黏膜的不同层在模量与生长速率上存在差别，一般黏膜的外层（腔体壁）相较于内层具有更高模量以及生长速率。这些层间的差异导致了力学失稳的产生，从而使生物黏膜呈现出不同程度的褶皱。这些褶皱的形成使残余应力被保留在黏膜结构中，器官腔体在受到外界压力加载时，黏膜可随着残余应力的释放而舒张开来，在不损害组织的前提下保证器官灵活的体积变化。

●方法和结果

依据褶皱组织产生的生物机理，赵选贺团队在该工作中提出了一种由力学指导的机械式人造功能性褶皱组织的制备方式。首先将高韧水凝胶拉伸至特定预应变，然后将培养有基质细胞的水凝胶黏膜交联于预拉伸的水凝胶表面。之后，在上表面培养一层表皮细胞用来准确复制黏膜组织的生理结构。接着，整个系统被释放到无外界加载状态，至此，人造黏膜因为力学失稳而产生表面褶皱。

应用前景

人造功能性黏膜利用具有生物相容性的水凝胶培养基质细胞和表皮细胞，模拟褶皱组织的生理结构。该技术在组织工程领域中给出了一个简单而新颖的范例，可以广泛地应用于各种器官组织的修复和再生。

Source：CHAN Honfai, ZHAO Ruike, Parada German, et al. Folding artificial mucosa with cell-laden hydrogels guided by mechanics models [J]. PNAS, 2018, 115(29)：7503--7508.