来源：DeepTech深科技
在医疗领域，治疗皮肤、肌肉等软组织的严重损伤或慢性创伤一直是个棘手的难题。
就目前而言，临床上常用的治疗方法（比如植皮手术、敷料换药等）不仅费用高昂，而且效果有限，患者往往需要忍受漫长的恢复过程。
随着糖尿病、血管疾病患者数量增加以及人口老龄化趋势加剧，慢性伤口的发病率预计将持续攀升，给医疗系统带来沉重负担。
近年来，一种颇具前景的生物治疗方法正在兴起，将接种了活细胞（即微组织）的生物相容性材料植入伤口。这些材料就像“细胞脚手架”一样，能为干细胞或其他前体细胞提供理想的生长环境，促进受损组织再生。
然而，当前构建这类“细胞脚手架”材料的技术却频频遇阻。最大的技术瓶颈在于，人体组织具有独特的力学特性和伸展方式，传统软材料难以精确模拟。比如，当人体皮肤被拉伸时，细胞会以特定方式变形适应，而现有支架材料难以实现这种精细调控。
当支架材料被拉伸时，嵌入其中的细胞也会被迫跟着拉伸，这种机械拉伸往往会导致细胞膜破裂、细胞骨架损伤，最终引发细胞死亡。
更严重的是，这些坏死的细胞不仅会释放有害物质影响伤口愈合，还可能触发身体的免疫排斥反应，导致炎症加重。
图｜左侧为未植入细胞的联锁组织显微图像，右侧展示了植入小鼠间充质干细胞后的生长情况，绿色光点为存活细胞，红色光点为死亡细胞（来源：MIT News）
来自麻省理工学院林肯实验室机械工程小组的研究员 Steve Gillmer 正领导一支跨学科团队探索这一医学难题。他与麻省理工学院机械工程系教授郭明合作，并获得了实验室国防织物研发中心（DFFC）的支持，共同开发能精准模拟人体组织“解卷曲”特性的新型编织织物。
“人体组织具有分层的结构，就像拉开一卷双面胶带，组织延展时并非简单拉伸，而是先逐步展开卷曲结构。”Steve Gillmer 解释道，“换句话说，组织会先适度展开然后才真正延展。这种解卷曲机制保护了细胞免受机械损伤，这也正是为什么我们在拉伸皮肤或肌肉时细胞不会死亡。”
此前，郭明一直在研究如何在新型材料上培养干细胞，该材料能模拟自然组织的解卷曲过程。他曾选用静电纺丝纳米纤维，效果虽好，但难以制备长距离的纳米纤维，这使得无法将其整合到更大的针织结构中，用于大面积的组织修复。
开展此项研究合作的契机源于二人在麻省理工学院授课时的交流。“Steve Gillmer 提到林肯实验室有工业级编织机。”郭明回忆道。就好比给画家提供了更大的画布，这让他得以将研究重点转向设计更大规模的针织物，而非单独的纱线。“于是我们马上通过实验室的内部支持启动了新方案测试。”
接下来，Steve Gillmer 和郭明借助国防织物研发中心的设备，系统研究了不同针织结构与人体软组织运动特性的匹配关系。
图｜团队最初测试的三种类型的针织结构，通过微调每种结构的设计参数，可使织物以不同方式解卷曲和延展，从而适配各类组织的力学特性（来源：MIT News）
研究团队聚焦于联锁、罗纹和平针组织这三种最基础的针织工艺展开系统性研究
“平针组织就像日常大家穿的 T 恤的面料结构。当拉伸 T 恤时，面料中的纱线环会像弹簧一样延展，纱线环越长，织物能承受的拉伸度就越大。”国防织物研发中心的纺织专家 Emily Holtzman 介绍说，“罗纹就像毛衣袖口的弹性部分，这种织物结构整体具有拉伸性，使织物能像手风琴的风箱一样自如伸缩。”
联锁结构与罗纹类似，但编织图案更紧密，每英寸织物所含纱线数量是罗纹的两倍。纱线越多，意味着可供嵌入细胞的表面积也就更大。
“通过调整线圈结构和纱线规格，我们能精准控制织物的孔隙率和透水性。这些微孔结构对促进伤口愈合至关重要。”团队中的另一位纺织专家 Erin Doran 补充道。
目前，该团队已开展了大量试验。他们将小鼠胚胎成纤维细胞和间充质干细胞嵌入不同的针织结构中，观察在其拉伸时细胞的存活情况。
试验结果显示，所有织物在保持细胞高存活率的同时，其解卷曲程度和拉伸后的刚度均可调控。
图｜Steve Gillmer 正在对一种生物可吸收编织物进行弹性测试，以评估其与人体各类组织的匹配程度（来源：MIT News）
Steve Gillmer 强调，这项研究的意义远超出最初的预期。“虽然我们启动这个项目的初衷是解决皮肤和肌肉损伤的治疗难题，但随着研究的深入，我们发现这种智能编织织物的应用前景要广阔得多。”他解释道。
比如，通过调整编织参数和材料类型，这种技术可以模拟人体多种软组织的独特力学特性，从富有弹性的软骨组织到柔软可压缩的脂肪组织等。
他和团队近期已经申请了一项专利，详细记录了编织工艺参数及专用材料类型。这些参数信息就像一个“生物组织仿生工具箱”，能帮助研究人员根据不同组织的需求进行“定制化编织”，比如软骨修复需要更高刚度的支架，而脂肪组织再生则需要更柔软多孔的结构。
“这个项目对我来说无疑是一次宝贵的学习经历。团队里每个成员都有各自独特的专业知识，正是这种协同创新，让我们有能力攻克更复杂的医学难题。”Steve Gillmer 总结道。
参考链接：
2025/knitted-microtissue-can-accelerate-healing-0305
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