这篇论文的研究内容由卡尔斯鲁厄理工学院的Enrico Domenico Lemma教授及其团队完成，研究成果发表在《ACS Applied Materials & Interfaces》期刊上。主要探讨了如何通过DNA杂交技术在三维支架上选择性地定位不同类型的细胞。
在过去的十年中，细胞生物学领域对三维（3D）微支架的研究逐渐增多，这些微支架能够模拟生理环境并构建复杂的多细胞结构。然而，如何精确控制细胞在微加工结构上的定位仍然是一个复杂的挑战，通常仅限于二维（2D）实验。实现有效的方法以选择性地将不同类型的细胞定位到3D微支架的特定区域，将是细胞逐个组装复杂细胞排列的重要一步。为此，研究团队采用了双光子光刻（2PL）技术，结合单链DNA（ssDNA）功能化，首次实现了在3D结构上复杂的细胞排列。
研究的主要目的是开发一种新方法，通过DNA功能化的3D微支架实现不同细胞类型的选择性定位。研究团队使用Nanoscribe的设备进行微支架的制备，利用双光子光刻技术，采用光敏材料在三维空间中聚合，制备出具有高分辨率（可达100纳米）的3D微结构。通过紫外线介导的点击反应，功能化这些微支架的表面，使其能够与特定的ssDNA寡核苷酸结合。研究中使用了多种细胞系，包括人类乳腺癌细胞系（MCF-7）、人类淋巴母细胞系（HL-60）、小鼠胚胎成纤维细胞系（NIH3T3）和小鼠胚胎干细胞（mESC）。通过DNA杂交，研究人员成功地在3D支架上实现了不同细胞类型的选择性粘附。
研究结果表明，利用ssDNA功能化的3D微支架可以有效地实现不同细胞类型的空间分离和选择性粘附。具体来说，研究团队展示了在同一3D支架上，NIH3T3细胞和U2OS细胞能够分别定位于不同的功能化区域，形成了预期的细胞排列模式。这一成果为细胞间相互作用的研究提供了新的平台。尽管研究取得了显著进展，但在实现细胞的精确定位和功能化过程中，研究团队也面临了一些挑战。
首先，细胞的存活率在当前的培养微环境中普遍较低，尤其是在单细胞操作时，如何提高细胞的存活率是一个亟待解决的问题。其次，不同的光刻材料对蛋白质的亲和性不同，如何选择合适的材料以提高功能化效率是研究中的一个关键问题。此外，在复杂的3D微环境中，细胞间的相互作用可能会影响细胞的行为和功能，如何在支架上实现细胞的精确排列并保持其生物功能是一个重要的研究方向。
本研究的成功为未来的细胞生物学研究和组织工程提供了新的思路和方法。通过DNA功能化的3D微支架，研究人员可以更好地模拟生理环境，探索细胞行为和细胞间相互作用的基本机制。未来的研究可以集中在扩大应用范围，将该技术应用于不同类型的细胞和组织，探索其在再生医学和药物筛选中的潜力。此外，研究团队还计划优化支架设计，通过改进微支架的设计和材料，进一步提高细胞的粘附性和生存率。
在实现多细胞共培养方面，研究人员希望能够研究不同细胞类型在3D支架上的共培养系统，探索细胞间的相互作用及其对细胞功能的影响。研究团队还计划开发可调控的功能化策略，使得支架能够在不同的时间和空间条件下调节细胞的粘附和生长。这项研究不仅为理解细胞行为提供了新的工具，也为未来的组织工程和再生医学研究奠定了基础。
总之，Enrico Domenico Lemma教授及其团队的研究为细胞在3D微支架上的选择性定位提供了一种创新的方法，展示了DNA杂交技术在细胞生物学中的应用潜力。这项研究不仅为理解细胞行为提供了新的工具，也为未来的组织工程和再生医学研究奠定了基础。随着技术的不断发展，期待在细胞定位和功能化方面取得更多突破，为生物医学领域带来新的机遇。
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https://doi.org/10.1021/acsami.2c23202
