第一节　组织再生微环境的含义与研究意义

机体内的细胞处在一种高度复杂化的微环境（microenvironment）中，其间充斥着各式各样的生物、物理和化学信号。多样化细胞功能的实现主要依赖于细胞的固有属性以及对应微环境的信号状态。特定细胞通过对微环境中各种信号的刺激作出响应，从而帮助其所属组织和器官实现功能化。生物体内的各类组织器官各司其职，进而维持了生命体的正常运行。

组织器官日常功能的维持离不开正常稳定的微环境状态。当组织器官出现损伤时，需要采取有效手段使其获得快速而有效的修复或再生。在各类组织器官的修复或再生过程中，其所处的微环境状态同样起着至关重要的作用。随着生物材料技术和再生医学的发展，基质辅助组织修复或再生（matrix-based tissue repair or regeneration）在临床治疗中扮演着越来越重要的角色。

依据基质辅助组织修复或再生的实施方略及过程，可将组织再生相关的微环境（组织再生微环境）大体分为植入材料本身所带来的材料微环境（material-based microenvironment，如材料的物理化学特性等）、被植入组织自身周围的组织微环境（tissue-based microenvironment，如组织内的细胞、胞外基质和各类因子等）以及植入后材料与组织逐步融合后的动态微环境（dynamic microenvironment with material degradation and tissue growth，如材料降解、组织包被等情况）。

简要的组织再生过程及组织再生微环境分类示意图见图2-1。

如果将细胞外基质、细胞因子和邻近的其他细胞等组织微环境因素都看作特殊“材料”的话，我们可以认为组织再生微环境其实就是一种复杂多样且伴随动态变化的材料微环境，即“广义”的材料微环境。微环境的状态在组织再生和正常细胞与组织功能的维持中均起着至关重要的作用。因而，研究组织再生微环境状态对细胞行为和功能的影响就成为组织修复与再生科学的重要基石之一。而探究各类微环境状态对细胞行为和功能的影响必然离不开大量细胞-材料相互作用（cell-material interactions）方面的基础研究。

依据材料的特性，可以将材料微环境进一步细分为材料的化学组成（chemical composition）、材料的几何特征与拓扑形貌（geometry and topography）、材料的荷电性（charge performance）、材料的软硬与力学性能（stiffness and biomechanics）、材料表面的纳米因素（nanocue）等。研究并揭示上述各种材料微环境状态对细胞行为与功能的影响在组织再生领域中有着重要的指导意义。

在传统的细胞培养体系中，影响细胞-材料相互作用的各种因素往往是混杂在一起而难以分开的。如何将这些因素合理地分离，从而准确地研究单因素的作用效应及机制，便成为一个重要的基础研究方向。得益于先进材料技术的发展，表面图案化技术等手段可用于构建具有细胞黏附反差特性的图案，进而达到对细胞黏附的精确控制。该技术有望用于剥离干扰因素研究“广义”的材料微环境中各种单因素对细胞黏附、迁移、增殖和分化等行为的影响，从而为深入而准确地理解材料微环境对细胞行为的影响提供独到的手段。

图2-1　基于组织再生过程的组织再生微环境的分类示意图

本章作者课题组借助独到的材料表面图案化手段，在材料表面化学特性、材料软硬以及材料表面的纳米因素等微环境特征对细胞黏附与分化行为影响的研究中做了较为系统的基础研究工作。本章将结合国内外同行及本课题组在该领域的重要基础研究工作对材料微环境与细胞响应行为相关的研究进展进行总结；同时，也将依据目前的研究现状对材料微环境与组织再生相关研究领域进行部分展望。