中國科學院動物研究所研究員顧奇團隊通過構建力學性質可精細調控的三維仿生微環境體系，系統揭示了應力松弛這一關鍵粘彈性參數在調控發育過程中的核心作用。相關成果發表于《自然通訊》。
組織生長發育不僅由分子信號調控，物理微環境同樣發揮著關鍵作用。然而，傳統體外模型在材料結構和力學行為上過于靜態，難以重現體內組織所具有的動態物理特性，從而限制了對發育調控機制的深入認識。
研究團隊以子宮蛻膜細胞外基質為仿生對象，圍繞其柔軟、多孔且可動態重塑的物理特征，對三維水凝膠材料的濃度、孔隙結構和力學參數進行系統優化，構建出在整體力學水平上接近體內組織的仿生微環境。
通過進一步的材料改性，研究人員在不顯著改變材料剛度和結構的前提下，獨立調節水凝膠的應力松弛行為。結果發現，具有較快應力松弛特性的仿生微環境，能夠顯著促進細胞與基質之間的黏附結構形成，增強細胞對外界物理信號的感知與響應，從而為復雜發育過程的有序推進提供必要條件。這一結果表明，相較于傳統關注的“硬或軟”等剛度變量，材料在受力后的“松弛時間”，同樣是決定發育行為的重要物理線索。
研究還顯示，生命體系能夠通過分泌基質降解相關因子，對周圍仿生材料進行主動重塑，逐步改變其空間結構與力學狀態。這種材料-生命之間的動態互作，進一步放大了應力松弛在發育調控中的作用，使微環境隨發育階段不斷演化。研究團隊以早期發育體系作為驗證模型，直觀展示了不同應力松弛特性下發育進程和結構形成的顯著差異，結果表明，合適的應力松弛行為有助于維持正常的細胞譜系分化與組織結構建立。
該研究從材料科學與生物制造視角出發，提出并驗證了應力松弛作為仿生微環境核心設計參數的概念，為構建更接近體內真實狀態的體外模型提供了新工具。