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体内细胞存在于复杂的环境中，会接收来自邻近细胞和细胞外基质的化学与物理信号。悬浮三维（3D）细胞培养使得研究机械信号成为可能，并可在受控的体外环境中实现细胞对细胞外基质施加作用力以及外部施加机械刺激。除机械信号外，体内组织还表现出空间异质性和非平面拓扑结构。为促进具有空间和几何复杂性的悬浮三维细胞培养模型的开发，我们此前提出了基于可组装微流控技术的悬浮组织工程（Suspended Tissue Engineering with Assemblable Microfluidics，STEAM）。STEAM 是一种易于使用的模块化平台，利用流体图案化技术构建多区域平面和非平面悬浮细胞包埋三维组织。在本研究中，我们进一步对 STEAM 穹顶平台进行了表征，建立了一个理论模型，用于解释在非平面构建体中实现成功双区域图案化所需考虑的部分实验因素。我们通过构建膀胱的简单但具有生理相关性的模型系统，简要展示了平面和非平面 STEAM 平台的生物学应用。膀胱是一种近似球形的器官，具有同心组织层和中央腔隙，并在充盈和排空过程中发生动态扩张与收缩。我们证明，平面膀胱平滑肌组织片的悬浮构型能够诱导内在张力，而进一步对组织施加牵张则可增加该张力；这两种情况均可导致肌细胞沿牵张轴方向排列，其特征是在具有肌球蛋白重链11免疫染色荧光信号的图像二维快速傅里叶变换的径向求和分析中，于90°处出现明显峰值。此外，我们利用非平面 STEAM 平台，结合人尿路上皮细胞系（HBLAK）和原代膀胱平滑肌细胞（HBdSMC），构建了膀胱壁模型，形成了具有穹顶形态的双层组织。STEAM 融合了图案化精度、机械功能性和可定制性，为生成具有空间和几何复杂性的悬浮组织提供了一种易于实现且低成本的替代方案。
体内细胞存在于复杂环境中，会接收来自邻近细胞和细胞外基质的化学与物理信号。悬浮三维（3D）细胞培养能够在受控的体外环境中研究机械信号，使细胞能够对细胞外基质施加作用力，并可对其施加外部机械刺激。除机械信号外，体内组织还呈现出空间异质性和非平面拓扑结构。为促进具有空间和几何复杂性的悬浮三维细胞培养模型的发展，我们此前提出了可组装微流控悬浮组织工程（Suspended Tissue Engineering with Assemblable Microfluidics，STEAM）技术。STEAM是一种易于使用的模块化平台，利用流体图案化技术构建多区域平面和非平面悬浮细胞包埋三维组织。在本研究中，我们进一步表征了STEAM穹顶平台，建立了一个理论模型，用于解释在非平面构建体中成功实现双区域图案化所需考虑的部分实验因素。我们通过构建膀胱的简单但具有生理相关性的模型系统，简要展示了平面和非平面STEAM平台的生物学应用。膀胱是一种近球形器官，具有同心组织层和中央腔，并在充盈与排空过程中发生动态扩张和收缩。我们证明，悬浮构型的平面膀胱平滑肌组织片会产生固有张力，而进一步对组织施加牵张可增加该张力；这两种情况均会使肌细胞沿牵张轴排列，其特征是在对具有肌球蛋白重链11免疫染色荧光信号的图像进行二维快速傅里叶变换（Fast Fourier Transform，FFT）的径向求和分析时，在90度处出现明显峰值。此外，我们利用配备人尿路上皮细胞系（HBLAK）和原代膀胱平滑肌细胞（HBdSMC）的非平面STEAM平台，构建了膀胱壁模型，形成了穹顶状双层组织。STEAM将图案化精度、机械功能性和可定制性相结合，为生成具有空间和几何复杂性的悬浮组织提供了一种易于使用且低成本的替代方案。
📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.09.11.751043v1?rss=1
🏷️ 微流控组织工程 三维细胞培养 悬浮组织构建 膀胱模型 力学刺激 细胞排列