【工作简介】
近日，转化医学国家重大科技基础设施（上海）耐药肿瘤精准诊疗材料及临床应用研究用户工作站窦红静教授团队，在原组织多维交互响应和仿生行为研究中取得新进展，相关研究成果以“Hierarchical Prototissues With Structural and Functional Heterogeneity Enable Chemical-Physical Communication-Driven Diversified Movements”为题，发表在Advanced Functional Materials上（DOI：https://doi.org/10.1002/adfm.76448）。
【研究背景】
天然生物体通过自身多层级的组织结构，依靠细胞外基质介导的细胞间通讯，实现对环境中物理和化学信号的协同响应以及高阶运动行为。然而，如何在宏观尺度上模拟天然生物组织复杂的分层异质结构，解析和重构细胞间的交互作用，仍然是自下而上的合成生物学领域的重要挑战。
【工作简介】
此项工作设计了一种具有仿细胞外基质（EPCM）辅助的模块化组装方法，利用多元功能化的人工细胞，在厘米尺度上构筑了具有分层异质结构的原组织模型。这类材料能够协同响应物理、化学信号并通过EPCM介导的人工细胞间交互作用，实现多维运动行为。
【研究内容】
研究工作首先通过牺牲模板法构筑了封装多种生物酶或磁性纳米颗粒的功能化人工细胞，并以天然明胶作为仿细胞外基质的主要成分，通过共沉积的方法制备多元响应的异质结构原组织模型。随后，利用人工细胞“膜”的半透性执行人工细胞和EPCM之间以及不同人工细胞间的物质交换，进而通过人工细胞间的酶促级联反应实现可控的浮力介导的运动。最后，通过引入的磁功能化人工细胞，构筑了分区功能化的原组织，通过物理、化学协同响应，实现可控的上浮-下沉振荡运动以及原组织的形变等多维仿生功能。
图：多层级异质结构的功能化原组织构筑方法及其基于磁响应和酶促级联反应的多维可控运动与形变。
【研究展望】
此项研究提出了原组织耦合物理-化学刺激响应的新视角，展示了分层异质结构解析和模拟天然生物组织复杂行为的潜力，为自下而上合成生物学用于仿生材料设计、智能软机器人开发等领域提供了新工具。
这项工作得到了国家重点研发计划（2022YFE0100600）、上海市科技创新行动计划（25J22800600）、上海市科技委（25ZR1401202）、上海市科技委“先锋者”计划（25XF3200100）和上海交通大学“交大之星”（STAR）计划（20240303）等基金的资助。
