在醫療領域，治療皮膚、肌肉等軟組織的嚴重損傷或慢性創傷一直是個棘手的難題。

就目前而言，臨床上常用的治療方法（比如植皮手術、敷料換藥等）不僅費用高昂，而且效果有限，患者往往需要忍受漫長的恢復過程。

隨著糖尿病、血管疾病患者數量增加以及人口老齡化趨勢加劇，慢性傷口的發病率預計將持續攀升，給醫療系統帶來沉重負擔。

近年來，一種頗具前景的生物治療方法正在興起，將接種了活細胞（即微組織）的生物相容性材料植入傷口。這些材料就像“細胞腳手架”一樣，能為干細胞或其他前體細胞提供理想的生長環境，促進受損組織再生。

然而，當前構建這類“細胞腳手架”材料的技術卻頻頻遇阻。最大的技術瓶頸在于，人體組織具有獨特的力學特性和伸展方式，傳統軟材料難以精確模擬。比如，當人體皮膚被拉伸時，細胞會以特定方式變形適應，而現有支架材料難以實現這種精細調控。

當支架材料被拉伸時，嵌入其中的細胞也會被迫跟著拉伸，這種機械拉伸往往會導致細胞膜破裂、細胞骨架損傷，最終引發細胞死亡。

更嚴重的是，這些壞死的細胞不僅會釋放有害物質影響傷口愈合，還可能觸發身體的免疫排斥反應，導致炎癥加重。

（來源：MIT News）

來自麻省理工學院林肯實驗室機械工程小組的研究員 Steve Gillmer 正領導一支跨學科團隊探索這一醫學難題。他與麻省理工學院機械工程系教授郭明合作，并獲得了實驗室國防織物研發中心（DFFC）的支持，共同開發能精準模擬人體組織“解卷曲”特性的新型編織織物

“人體組織具有分層的結構，就像拉開一卷雙面膠帶，組織延展時并非簡單拉伸，而是先逐步展開卷曲結構。”Steve Gillmer 解釋道，“換句話說，組織會先適度展開然后才真正延展。這種解卷曲機制保護了細胞免受機械損傷，這也正是為什么我們在拉伸皮膚或肌肉時細胞不會死亡。”

此前，郭明一直在研究如何在新型材料上培養干細胞，該材料能模擬自然組織的解卷曲過程。他曾選用靜電紡絲納米纖維，效果雖好，但難以制備長距離的納米纖維，這使得無法將其整合到更大的針織結構中，用于大面積的組織修復。

開展此項研究合作的契機源于二人在麻省理工學院授課時的交流。“Steve Gillmer 提到林肯實驗室有工業級編織機。”郭明回憶道。就好比給畫家提供了更大的畫布，這讓他得以將研究重點轉向設計更大規模的針織物，而非單獨的紗線。“于是我們馬上通過實驗室的內部支持啟動了新方案測試。”

接下來，Steve Gillmer 和郭明借助國防織物研發中心的設備，系統研究了不同針織結構與人體軟組織運動特性的匹配關系。

（來源：MIT News）

研究團隊聚焦于聯鎖、羅紋和平針組織這三種最基礎的針織工藝展開系統性研究

“平針組織就像日常大家穿的 T 恤的面料結構。當拉伸 T 恤時，面料中的紗線環會像彈簧一樣延展，紗線環越長，織物能承受的拉伸度就越大。”國防織物研發中心的紡織專家 Emily Holtzman 介紹說，“羅紋就像毛衣袖口的彈性部分，這種織物結構整體具有拉伸性，使織物能像手風琴的風箱一樣自如伸縮。”

聯鎖結構與羅紋類似，但編織圖案更緊密，每英寸織物所含紗線數量是羅紋的兩倍。紗線越多，意味著可供嵌入細胞的表面積也就更大。

“通過調整線圈結構和紗線規格，我們能精準控制織物的孔隙率和透水性。這些微孔結構對促進傷口愈合至關重要。”團隊中的另一位紡織專家 Erin Doran 補充道。

目前，該團隊已開展了大量試驗。他們將小鼠胚胎成纖維細胞和間充質干細胞嵌入不同的針織結構中，觀察在其拉伸時細胞的存活情況。

試驗結果顯示，所有織物在保持細胞高存活率的同時，其解卷曲程度和拉伸后的剛度均可調控。

（來源：MIT News）

Steve Gillmer 強調，這項研究的意義遠超出最初的預期。“雖然我們啟動這個項目的初衷是解決皮膚和肌肉損傷的治療難題，但隨著研究的深入，我們發現這種智能編織織物的應用前景要廣闊得多。”他解釋道。

比如，通過調整編織參數和材料類型，這種技術可以模擬人體多種軟組織的獨特力學特性，從富有彈性的軟骨組織到柔軟可壓縮的脂肪組織等。

他和團隊近期已經申請了一項專利，詳細記錄了編織工藝參數及專用材料類型。這些參數信息就像一個“生物組織仿生工具箱”，能幫助研究人員根據不同組織的需求進行“定制化編織”，比如軟骨修復需要更高剛度的支架，而脂肪組織再生則需要更柔軟多孔的結構。

“這個項目對我來說無疑是一次寶貴的學習經歷。團隊里每個成員都有各自獨特的專業知識，正是這種協同創新，讓我們有能力攻克更復雜的醫學難題。”Steve Gillmer 總結道。

https://news.mit.edu/2025/knitted-microtissue-can-accelerate-healing-0305