真核细胞在活组织中以空间变化的取向顺序形成动态图案，从而影响重要的生理过程，例如凋亡和细胞迁移。现今面临的挑战是如何在生长的组织上赋予预先设计的取向顺序图案。由细胞彼此紧密接触形成的活组织，常因不等轴细胞的相互排列而表现出取向顺序。由导向子所表示的平均取向的方向在时间和空间上变化，所产生的拓扑缺陷称为位错。这些缺陷在组织内移动，并在压缩-舒张应力和诸如提取死细胞的过程中起重要作用。在生物医学以及操纵活性物质领域，设计用于具有取向顺序的活细胞的组织支架并控制缺陷的拓扑类型和动力学的方法十分重要。
近日，肯特州立大学的Oleg D. Lavrentovich教授团队在《Science Advances》上介绍了一种使用光取向液晶弹性体（LCE）在水性介质中各向异性膨胀，以产生具有预先设计的定向图案和拓扑缺陷的人类皮肤成纤维单层细胞的方法。刻在LCE上的图案被组织单层复制，并引起细胞表型的强烈空间变化，以及表面密度和数量密度的波动。各向异性表面锚固抑制了活性物质固有的缺陷对的解链动力学，从而可以估计组织的弹性特征。这种图案化LCE方法具有控制活组织中细胞的集体行为，细胞分化和组织形态发生的潜力。
作者在聚合之前将LCE前体的分子取向通过等离激元光致取向来图案化。然后通过前驱物的紫外（UV）光聚合固定纳米级分子顺序。最后将细胞的水分散体沉积到LCE基底上。水中溶胀会产生LCE各向异性的非平坦形貌，该形貌将引导伸长的人类皮肤成纤维细胞（HDF）接触基底后取向。接种和细胞分裂的共同作用产生了融合的组织，HDF细胞排列模式遵循LCE导向子的预先设计图案。顺序参数SHDF的结果表明，取向顺序主要是由每个细胞与LCE基底的直接相互作用引起的。
晶粒沿
的伸长是由LCE弹性的各向异性引起的，并且当
在空间变化时依然存留。即使非常靠近（~10μm）梯度发散的拓扑缺陷核心，晶粒依然可以沿
空间变化而伸长。这一功能将LCE基底的取向能力扩展到空间变化的图案。HDF细胞可以遵循预设的导向子
(r)自组织成具有取向的组装。由+1/2和-1/2位错的存在证明，组装的取向顺序是非极性的，
=-
。这些位错的核心与LCE中位错的核心共定位。在“湿”活性向列相与动量守恒中，由于+1/2缺陷的高移动性，+1/2和-1/2缺陷对趋向于解除绑定。
HDF细胞取向遵循纯展开或弯曲的整数+1缺陷的LCE图案化导向子。局部细胞密度在+1核附近增加。在距核20μm的距离处，放射状+1缺陷的细胞表面密度为σ≈0.5×108m-2，比远离核（r = 300μm）的密度0.35×108m-2高1.5倍。圆形+1缺陷具有更高的聚集细胞能力：σ≈1.5×108m-2。相反，-1缺陷HDF细胞密度比+1缺陷低三倍，σ≈0.5×108m-2，其比远离缺陷核的密度低25％到30％。LCE基质对HDF细胞的大小和形状有显著影响。因为细胞相互接触，σ在不同LCE图案处具有强烈变化，转化为细胞的大小和形状差异。在+1缺陷附近HDF近似为椭圆形，而-1缺陷附近的细胞则更长。
作者证明了具有空间变化分子取向的光图案结构LCE基底可用于生长具有预先设计的细胞排列方式的生物组织。未来可以通过对LCE进行化学功能化，制造具有环境响应动态形貌的LCE基底，进一步开发所提出的技术，对组织发育和再生的基本机理有更深入的了解
