测量3D毛孔以促进伤口愈合

杜克大学的生物医学工程师开发了一种方法来识别和表征任何填充结构中颗粒之间的空白空间。通过绘制这些空白空间，研究人员可以更好地了解细胞和其他现象将如何对其周围环境做出反应。

该研究发表在11月21日《自然计算科学》杂志上。

这是一种常见的聚会游戏：将软心豆粒糖、玉米糖、口香糖或其他小物体装进一个容器中，人们猜测罐子里有多少物体，谁猜得最多，谁就将赢得奖品。虽然有很多方法可以对物体进行计数以获得最接近的猜测，但杜克大学生物医学工程教授TatianaSegura、Segura实验室博士后研究员LindsayRiley和Ninjabyte计算创始人PeterCheng设计了一种新方法这种方法彻底颠覆了游戏规则。

“我们对计算物体的数量不感兴趣。相反，我们感兴趣的是物体之间有多少个开放的空白空间，”莱利解释道。“对于许多系统来说，理解空的空间，或者我们所说的虚空空间，实际上比物体本身更重要。”

Segura实验室开发了一种水凝胶，称为微粒退火颗粒(MAP)凝胶，由微粒组成，可以注射到伤口中以形成促进伤口愈合的支架。这些颗粒被填充到伤口或培养皿中后，它们会在颗粒之间留下可供细胞生长的开放空间。由于细胞会对周围环境的微结构做出反应，因此该团队需要一种工具，使他们能够更好地了解这些细胞生长的空隙空间的几何形状，无论是在愈合的伤口中还是在培养皿中。

“为了更好地了解MAP凝胶中细胞行为的驱动因素，我们需要找到一种方法，将支架的互连空隙空间准确地分成我们可以单独研究的口袋，”Segura说。

该团队利用图论和计算几何等数学领域的技术，开发了LOVAMAP，即使用中轴粒子配置的短或局部空洞分析。LOVAMAP可识别颗粒之间的每个不同的开放口袋(或3D孔隙)，并且他们的方法通过使用嵌入颗粒配置本身的信息来注重准确性。这些孔隙包括物体可以在支架内部和外部移动的任何连续空间。

“现在我们可以准确识别填充颗粒中的3D孔，我们可以开始了解驱动其形状和连接性的因素，以及哪些3D孔形状导致不同的细胞行为，”Segura说。

“我们可以对任何类型的填充颗粒执行此操作，这使我们能够研究不同的颗粒形状如何导致不同的3D孔结构。例如，我们可以看到填充棒会导致更细长的3D孔，填充球体会产生最开放的3D孔。空间，而椭球体比球体堆积得更紧密，这导致单位体积的3D孔隙数量更多。LOVAMAP还可以告诉我们每个开放空间周围有多少粒子!”

除了扩展软件以进一步揭示颗粒类型和空隙空间之间的模式(例如3D孔隙之间的连接性)之外，Segura和她的实验室还将使用LOVAMAP通过比较不同3D孔隙对细胞行为的影响来推进其伤口愈合研究由他们的软件映射。塞古拉说，这些知识将帮助他们优化材料，以促进皮肤和脑部伤口更好的愈合。

虽然Segura和Riley没有计划使用LOVAMAP来赢得任何派对游戏，但他们仍然很乐意使用该软件来研究系统。

“如果你能告诉我口香糖球的平均直径以及口香糖球的紧密程度，我就能以合理的信心告诉你罐子里有多少个3D孔，”Riley说。“我还可以告诉你平均孔径。”