Контактное наведение относится к явлению , при котором на ориентацию клеток и стрессовых волокон влияют геометрические узоры, такие как нано/микробороздки на подложках или коллагеновые волокна в гелях и мягких тканях . [1] [2] [3] Это явление было обнаружено в 1912 году, [4] а терминология была введена в 1945 году, [5] но это с развитием тканевой инженерии [ когда? ] , что исследователи обращают все большее внимание на эту тему, видя потенциал контактного наведения во влиянии на морфологию и организацию клеток . Тем не менее, биологические процессы, лежащие в основе контактного управления, до сих пор неясны. [6]
Когда клетки высевают на плоские подложки, они обычно имеют случайную ориентацию. [7] [8] Однако подложки с топографическими узорами влияют на ориентацию клеток, культивируемых на этих поверхностях, своими геометрическими признаками. Например, если подложка имеет нано/микроканавки, идущие параллельно друг другу, клетки ориентируются вдоль направления этих нано/микроканавок. [9] [10] [11] Исходя из этого, клетки, по-видимому, способны ощущать структурные характеристики своего окружения и, следовательно, реагировать, принимая ориентацию топографических стимулов. Аналогичный эффект можно получить, когда клетки культивируют на плоских поверхностях с напечатанными сверху линиями белков (к которым клетки могут прикрепляться), перемежающимися репеллентными линиями; в этом случае ячейки также выравниваются по шаблону. [12] [13]
Также было замечено, что на явление контактного направления на поверхностях с микроканавками влияет ширина канавок. Например, остеобластоподобные клетки выравниваются вдоль нанобороздок только для бороздок шириной более 75 нм. [14] Подобное поведение наблюдалось и с другими типами клеток, такими как фибробласты , которые выстраиваются вдоль этих топографических паттернов, когда бороздки шире 150 нм. [15] С другой стороны, слишком широкие канавки могут снизить эффект контактного направления [16]
Клетки могут ориентироваться в ответ на контактное руководство, когда они расположены внутри трехмерных структур, таких как коллагеновые гели, каркасы и мягкие ткани. В этих условиях геометрические сигналы, обеспечиваемые коллагеновыми или каркасными волокнами, способны влиять на ориентацию клеток. Например, было замечено, что эндотелиальные колониеобразующие клетки выстраиваются вдоль направления волокон, присутствующих в электропряденых каркасах. [17] Аналогично, коллагеновые волокна, присутствующие в коллагеновых гелях и мягких тканях, могут влиять на выравнивание клеток, обеспечивая наиболее важный стимул с точки зрения ориентации клеток [18] [19]
Недавние исследования подчеркнули важность выравнивания клеток для механических свойств и функциональности протезов, разработанных с использованием принципов тканевой инженерии . В настоящее время ученые исследуют механизмы и потенциал контактного управления для контроля выравнивания клеток, что в конечном итоге приведет к контролю их клеточных сил и определенных аспектов ремоделирования коллагена.
Многие исследователи формулировали гипотезы о биологических механизмах, определяющих контактное наведение. В целом, сокращение клеток, напряжение волокон и фокальные спайки, по-видимому, играют важную роль. [20] [21] [22] Недавно была разработана вычислительная модель, которая способна имитировать перераспределение ячеек и напряженных волокон поверх рифленых поверхностей. [23] Вкратце, предполагалось, что клетки, однажды посеянные, образуют фокальные спайки поверх гребней, а не над бороздками.