有序材料遇上活细胞：工程化定向排列与编程力驱动

体内广泛存在高度受调控的细胞各向异性。然而，在体外重现组织各向异性仍是一项尚未解决的挑战。尽管已有大量关于工程化细胞定向排列的文献，但在紧密耦合的过程中推断或模拟细胞重新取向、增殖和力的产生，从制备、表征到建模都带来了独特的挑战。微型化、合成纤维材料和生物打印领域的进展已实现了定向细胞组装和力的产生，使工程化宏观形状转变成为现实。另外，自下而上的策略可通过简单的自组织组件构建复杂性。细胞间的空间位阻相互作用赋予了其类液晶（LC）特性，这表明可以利用 LC 加工工具来工程化构建细胞定向排列。这些工具也具有广泛的可及性，因为它们不需要标准生物实验室通常无法获得的专门合成方法或仪器设备。同时，向列相排列和拓扑缺陷的理论框架已十分成熟。活性向列相模型已被证明在解释集体细胞行为方面日益有效，并且在生物系统中正在发现越来越多的活性向列相结构。在本篇综述中，我们将概述利用细胞活性向列相特性在 2D 和 3D 维度下组织超细胞、毫米级结构的最新进展。我们将介绍通过基底引导和体外支架重现复杂细胞秩序的研究进展。这些实验进展推动了集体行为的自下而上建模、向列相排列和拓扑缺陷的活性富集描述，以及用于预测和不确定性量化的机器学习方法。这些努力正日益得到材料表征高通量成像、模型构建统计学习方法以及数据反演生成模型发展的补充。总之，实验、计算和数据驱动方法的结合为最终实现体外类组织形态发生铺平了道路。