科技日报北京4月20日电 （记者刘霞）西班牙科学家在最新一期《科学》杂志上发表论文称，他们首次证明：通过控制活组织内细胞的朝向，就能引导组织产生的力，进而决定其最终形状。这一成果为设计能自主改变形状的活体表面提供了新途径，应用前景涵盖组织工程和生物混合机器人等诸多领域。

生物组织在自身细胞产生的力的驱动下，拥有惊人的自组织和形变能力。生物工程领域的一大挑战是，正是利用这一自然现象，制造出能按预定形状生长的合成活体材料。然而，如何精准调控组织行为、引导其内部力量以得到所需形状，仍是重大科学难题。

在最新研究中，西班牙加泰罗尼亚生物工程研究所、加泰罗尼亚理工大学-巴塞罗那理工学院等机构科学家携手提出新策略：通过化学图案控制细胞在组织中的排列方向，从而“编程”形状变化。

细长细胞组成的生物组织，常会自组织成多细胞区域，即所有细胞沿同一方向排列，这种现象被称为“向列序”。但向列序偶尔会在某些点发生断裂，形成“拓扑缺陷”。在生物体内，缺陷充当力的汇聚点，能影响组织的生长、迁移和变形。

为引导这些力，团队利用化学微图案在平面上勾勒线条。他们用附着于细胞的蛋白质实现图案化，再以细胞无法附着的聚合物区域包围线条。这样，细胞便会沿线条排列，形成所需的朝向图，从而将拓扑缺陷精准定位到特定位置，决定组织内部力的产生点。

关键发生在将组织从生长基质上剥离的那一刻。当组织仍附着时，细胞产生的内力被锚定在支撑物上，无法改变形状。一旦解除机械约束，积累的应力便可自由释放，重新分布。

团队还开发了理论模型。这些模型使他们能够预测：特定的细胞朝向模式，最终会转化成怎样的三维形状。模型还帮助检验了多种假设，最终确定了细胞朝向导致组织三维折叠的机制。

这项概念验证研究为众多应用奠定了基础，如组织工程无需人工支架即可构建三维结构；生物混合机器人利用可变形的活组织作为生物致动器，以及可重构形状和功能的智能活体材料等。除应用价值外，该方法也为研究器官形成、肿瘤行为等生物现象提供了新工具。