本研究聚焦几何曲率在细胞机械转导中的调控作用，以超软水凝胶构建多轴曲率拓扑结构，证实拓扑信号可独立调控人间充质干细胞黏附成熟、细胞骨架重组、核机械感应及成骨相关表型，阐明曲率介导细胞力学感应的核心机制，确立拓扑结构为调控细胞张力与命运的关键力学因素。

01研究背景

几何曲率是软组织微环境中调控细胞行为的重要因子，受限于以刚度为核心的传统研究范式，且超软材料体系中稳定曲率的构建存在技术难点，曲率在细胞机械转导过程中的作用尚未被系统探究。

02主要内容

采用溶剂诱导屈曲策略在超软水凝胶上构建多轴曲率拓扑，模拟天然软组织的各向异性拓扑特征；探究该拓扑对人间充质干细胞力学响应及成骨相关表型的调控作用；解析曲率介导细胞机械转导的内在机制，实现拓扑力学信号与基底刚度的解耦。

03研究设计

以超软水凝胶为基底，通过溶剂诱导屈曲法制备多轴曲率结构，以平坦超软基底作为对照；在二维拓扑表面与三维可注射微凝胶体系中，观测干细胞的力学行为与成骨相关表型；结合机制实验与能量最小化模型，分析曲率对应力纤维排布及力学信号传导的调控规律。

04结果

多轴曲率拓扑可诱导干细胞出现成熟的局部黏附、细胞骨架重组与核机械感应增强，提升成骨相关表型，该效应在三维微凝胶体系中依旧存在；曲率可独立驱动细胞机械转导，实现拓扑信号与基底刚度的解耦；曲率通过调控应力纤维差异化排布，增强局部黏附收缩性并降低弯曲能量，完成力学信号传导。

05思路延伸

为细胞机械生物学提供拓扑主导的力学调控新方向，为生物材料与生物界面的力学结构设计提供基础理论参考，拓展干细胞命运力学调控的研究维度。

原文来源：

1. 期刊：ACS Nano

2. 发表日期：2026-02-24

3. DOI：10.1021/acsnano.5c19367

4. 作者：Yong Hou, Xinhao Hu, Cheng Qian, Wenyan Xie, Linjie Ma, Luyao Zhang, Xiaomei Han, Youhua Tan, Yuan Lin, Chao Fang, Zhiqin Chu