三、多向及复杂梯度的影响

（一）山峰型、放射状梯度调控细胞迁移

山峰型或放射状的梯度，有助于放大梯度对细胞的聚集作用。Wong等发现水凝胶模量的放射状梯度表面，若模量为中间高、边缘低，平滑肌细胞则向水凝胶中心聚集；若为中间软、边缘硬，细胞则向水凝胶的边缘迁移。Kidoaki等通过光交联在水凝胶表面得到了模量高的方形区域，细胞从周围模量低的区域向方形区域迁移。控制光的衍射，可以控制该区域边界处模量变化的斜率。斜率越小，细胞从周围向方形区域迁移的速率越慢（图4-18）。Levchenko等通过模板法制得了放射状的方格图案的密度梯度。在梯度表面，细胞向图案密集的方向迁移。他们还通过截面为三角形的微流道系统在基底表面制备了山峰形的Fn密度，同样观察到了细胞向中心迁移聚集的现象。当细胞靠近山峰的顶端时，由于生长因子与细胞表面配体的作用饱和，不再具有趋向性，最终细胞主要集中在中间生长因子浓度高的区域。

图4-18　放射状梯度对细胞迁移的影响

A.弹性梯度的边缘条件可以控制；B.在不同的梯度边界处细胞迁移轨迹。

（二）反向/叠加梯度调控细胞迁移

反向或多向梯度通常用于比较不同的趋向信号对细胞迁移的影响。如为了比较物理和化学信号对3T3成纤维细胞迁移方向性的影响，Rajagopalan等制备了胶原蛋白密度和水凝胶模量的反向梯度，结果表明化学诱导信号比机械信号更能吸引细胞。Rao等则认为细胞对不同信号的响应与细胞种类有关。在EGF梯度的诱导下，前列腺癌细胞可以穿过梯度变细的管道，而相应的正常细胞则会折回。Lin等发现在T细胞趋化物质CCL21存在的条件下，T细胞会沿着另一种受体CCL19浓度梯度的反方向迁移，因而通过制备CCL21和CCL19的反向梯度，可以进一步增强T细胞的定向运动。Mao等制备了一种六角形的微流道系统，可以在同一系统中分别形成六种趋化因子的梯度。将负载干细胞的琼脂糖水凝胶置于六角形的中心（图4-19A），在多种趋化因子的协同或竞争作用下，干细胞沿着最适宜的梯度方向迁移（图4-19B）。通过这种方法，不仅能高效筛选趋化因子对干细胞的募集效应，且能够分析出趋化因子间的协同或抑制作用。

图4-19　多种趋化因子对细胞竞争性迁移的影响

A.应用于竞争性迁移表征的六方微流道装置示意图；B.几种趋化因子对竞争性迁移的影响。

叠加梯度由于多物质的共同作用，可以实现对细胞迁移的进一步促进，甚至在促进细胞迁移的同时促进细胞的其他功能。Netti等在水凝胶中复合了RGD和DNA载体的叠加梯度，实现了细胞的空间诱导和转染的同步进行。Comelles通过结合模板复刻和微流道，制备了表面拓扑图案和Fn密度梯度的叠加，梯度的长度仅为500μm，与细胞的尺寸在同一个数量级上，因而能有效调控细胞的行为。

（三）细胞选择性梯度调控细胞黏附和迁移

组织修复是多种细胞迁移的共同效果。在体内，某些细胞的迁移会促进组织修复，而另一些细胞的迁移会导致修复异常。这就要求在设计调控细胞迁移的生物材料时，要考虑不同细胞的特殊性质，以达到细胞选择性的效果。近年来发现不同细胞对表面的物理性质会有不同的响应。如Wang等发现相对于正常细胞，癌细胞表面有更多的微纳结构，因而可以通过具有微纳结构的表面实现癌细胞的特异性捕获。Gadegaard等发现，在纳米柱阵列高度的梯度上，内皮细胞随着纳米柱高度增加黏附性能增强，而成纤维细胞黏附性能减弱。通过细胞因子的特异性作用实现对体内细胞的选择性调控依然是研究的主要方向。如Kreuger等利用微流道制备了VEGF和FGF-2的山峰形梯度，发现它们能诱导静脉内皮细胞（human umbilical vein endothelial cells，HUVEC）迁移，但对动脉内皮细胞（human umbilical aortic endothelial cells，HUAEC）的影响不明显。Ren等构建了PHEMA和层粘连蛋白衍生多肽酪氨酸-异亮氨酸-甘氨酸-丝氨酸-精氨酸（YIGSR）多肽密度互补梯度，发现该反向梯度表面能够选择性调控内皮细胞的选择性黏附和定向迁移。