由于干细胞研究的不断进展，替换和修复人体组织已经越来越变得可行。然而在“操控”这些可塑细胞（再生或扩增）的道路上仍然障碍重重。其中之一便是人们对于细胞如何与其周围环境相互作用并不完全了解。
Lehigh大学化学和生物分子工程助理教授Kelly Schultz表示：“细胞并不是简单的住在材料中，它们会积极的对周围环境进行重构。弄清楚细胞在3D合成材料中的行为表现对于推进用于伤口愈合、组织工程和干细胞扩增的生物材料的设计至关重要。”
Schultz最近接受了由NIH资助的一项为期三年的研究项目（获得日期：2016年5月9日），研究细胞如何重构微环境，这对于组织工程学研究如何使细胞更快地在合成材料和组织中移动是关键一步，移动更快才能使伤口愈合和组织再生加速。
Schultz及其团队早期工作已经证实在细胞的吸附、扩散和移动过程中，细胞会降解细胞周围区域的材料，但其方式与研究人员早先所相信的方式完全不同。这一研究结果发表在Proceedings ofthe National Academy of Sciences (PNAS)杂志上。在Schultz团队的早期研究前，科学家们相信细胞的移动和对周围材料的讲解可以同时进行。
使用微观流变学技术（可以检测物质的特性和状态），Schultz极其同事的发现推翻了上述论点。将间充质干细胞包裹在水凝胶中后，研究团队监测了细胞在材料中移动的动态过程。
他们的发现令人惊奇：细胞在移动前会暂时停止。他们发现细胞在位点A静止，并分泌一种酶。这些酶会向周围扩散，他们推测酶在分泌出来时会与一种抑制剂结合，在酶到达特定位置（如位点B）前抑制剂会阻止酶降解周围材料。到达B点后，酶开始“吞食”周围材料，从而为细胞的移动建立通道。抑制剂在这个过程中起到了重要的抑制（酶）作用。
基于这一发现，Schultz团队希望能“抑制抑制剂”，即先发现是哪种抑制剂或抑制剂组合在发挥作用。一旦确认，研究人员希望能对抑制剂进行控制，在酶分泌时就将其关闭，以便细胞能更快的降解周围材料而加快移动速度。
对细胞进行工程学调节使其移动加速对于伤口愈合很重要，因为细胞越快到达伤口部位，它们越早能开始修复和再生组织。Schultz团队的目标是阻止细胞停滞，让细胞变得更加具有活力，加快其到达伤口部位的速度。
模拟骨骼的支架
生物材料设计具有广泛的意义，Schultz团队的项目将瞄准多种不同的组织，包括脂肪组织和骨骼，探索如何改变物理环境来改变细胞降解周围材料的策略。她们的研究使用的是间充质干细胞，一种具有向各种不同细胞分化能力的成人干细胞。
水凝胶具有两种优势。第一，更好地模拟组织，提供理想的物理环境，以便监测细胞在3D结构中的行为表现。水凝胶的含水量超过90%，结构多孔，调整后可以改变特性以模拟脂肪和骨骼等各种组织。第二，一旦将水凝胶植入人体，其可以被用作重建伤口的支架。
例如，如果患者发生的骨缺损体积太大而无法愈合或再生，可以植入水凝胶材料。材料中含有干细胞，且周围环境会确保其向骨骼细胞分化。一旦干细胞开始扩增，填补骨骼缺损。随着骨骼的再生，植入材料会降解。
为了制作水凝胶材料，Schultz将聚合物、肽、干细胞和微颗粒进行混合。微颗粒使得我们可以监测水凝胶材料被细胞降解过程中的材料特性。
Schultz团队对微颗粒进行摄像，观察其运动。它们摆动的幅度会揭示出其特性，使我们可以观察在时间和空间上发生的变化。
“抑制抑制剂”
上述记录过程被称为多颗粒追踪微观流变技术，同样的方法会用于识别抑制剂的作用。
细胞可以分泌四种不同的酶抑制剂，被称为组织金属蛋白酶抑制剂（TIMPs）。研究人员会分别对其抑制来发现是哪一种抑制剂或组合在阻止细胞对周围材料的讲解。
Schultz的团队还会模拟不同的组织类型来观察这些抑制剂是否随着材料的改变而变化。研究会聚焦在人间充质干细胞对合成材料支架的重构上，但研究所用的技术和策略会帮助我们理解细胞与材料间的相互作用机制，并确认如何利用这些相互作用来控制细胞在3D培养材料中的行为表现，以便推进组织再生应用。
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