微砌体技术构建细胞群

器官由数百万的细胞以非常特殊的方式构成，其中每一个细胞相对彼此的位置在组织的正常功能上和它们的生物学特性一样重要。曾经，人们可通过逐个移动单原子形成复杂的模式，将同样的方法用于细胞以建立一个功能性组织激发无数的研究和调查工作。然而，主要的障碍不是处理单细胞这个相对较大的物体（约20-50μm）而是使单细胞保持在适当的位置。

单细胞来自组织的消化作用，基本上打破了所有细胞-细胞及细胞-容器连接。没有这些连接的话，将需要数个小时甚至几天的时间来重新建造，细胞变成“流体”，不可能以任何组合方式聚集，而是靠重力强迫其聚集（即分层）。

我们已经开发了一种称之为“微砌体”的技术，这项技术被用于构建三维形状的细胞群。这个过程类似于儿童玩具LEGO，将不同颜色的积木组装构成一个更大的建筑结构。在我们这个案例中，细胞被压缩成100μm到500μm的立方体，形成一个具有生物相容性及对光敏感（如被照亮时由液体成为固体）的聚合体，并且颜色呈细胞状特性（如细胞类型）。

我们采用亲水面作为支架形成结构，该结构覆盖着一层光敏感聚合物薄液膜。液相的存在可能可以将片块附加到表面及彼此之间。片块上的液体的作用类似于湿沙的黏性，这样使得沙子城堡得以建成。此外，片块之间的液量被用于控制毛细管的大小，并由此控制片块填充的密集度。

由于液体的光敏感性，整个系统的 照亮  使得组装片块的整个结构成为一个密实结构。结果与微米大小的砖墙非常类似，其中硬化聚合物充当了混凝土的角色，填满细胞的立方体就是砖块。

虽然该技术已经被设想为具备生物相容性，因此可以被用来建立组织，但并不局限于生物医学应用方面。结构单元可以是任何形状，并带有各种成分，提供特定的物理和/或化学性质，如磁性或导电性。然而，该技术与组织工程学有特殊的联系，我们期望这个技术作为一种可靠快速的方法用于生成功能器官。

以上三幅图片从左到右分别是：采用不同颜色片块制成的直径为5mm的管子；casquet（即空心半球），可观察结构外部细节；由不同性质的分层条制成的同轴管。图片版权Wiley-VCH 2010，缩略图的版权Javier Fernandez 2010。

Dr. Fernandez成长于Cantabria （西班牙），在那里他学习了基础物理。后来，他获得与Lund University (瑞典)联合的硕士学位，并获得University of Barcelona（西班牙）的博士学位，在University of Glasgow (UK)访学半年。2009年，Dr. Fernandez搬到波士顿（美国），作为博士后加入Massachusetts Institute of Technology (MIT) 。目前，他是Harvard University的博士后研究员，研究工业及生物医学领域的新技术及材料。

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Micro-Masonry: Construction of 3D Structures by Microscale Self-Assembly
Javier G. Fernandez ^{1 2 3} , Ali Khademhosseini ^{1 2 3}

1. Center for Biomedical Engineering, Department of Medicine Brigham and Women's Hospital Harvard Medical School Boston, MA (USA)
2. Harvard-MIT Division of Health Sciences and Technology Massachusetts Institute of Technology Cambridge, MA (USA)
3. The Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering Harvard University Boston, MA (USA)

【Abstract】A biocompatible method for general construction of 3D structures by aggregation of micrometric polymeric subunits is presented. Shape-controlled microgels are forced to self-assemble, in a structure similar to a brick wall, in different shapes by limiting their movement onto a surface. Scaffolds with high spatial resolution in the aggregation and composed by the addition of multiple layers are produced.