표면 나노토포그래피는 다양한 세포 유형에서 세포 운명과 거동을 조절하는 줄기세포 니치의 중요한 물리적 매개변수로 보고되어 왔다. 지름이 점진적으로 증가하는 나노필라 또는 나노홀 어레이를 갖춘 기판을 고안하여 인체 배아줄기세포(hESCs), 태아 간 키나제 1 양성 중배엽 전구세포(Flk1+ MPCs), 중간엽 줄기세포(MSCs) 및 내피 집락 형성 세포(ECFCs)와 같은 다양한 세포의 반응에 미치는 표면 나노토포그래피 변화의 영향을 조사하였다. hESCs는 더 작은 나노필라 지름 범위(D = 120–170 nm)에서 비분화 마커의 발현 수준이 더 높고 더 조밀한 집락으로 조직화하려는 성향을 보였다. 세포-나노토포그래피 상호작용은 포커스 접착(focal adhesions) 형성과 세포골격 재구성을 조절하여 집락의 퍼짐을 제한하였고, 그 결과 hESC 집락에서 E-cadherin 매개 세포-세포 접착이 강화되었다. hESCs는 또한 나노패턴에서 췌장 내분비 전구세포(PDX1+ 및 NGN3+)의 클러스터를 형성하며, 이때 나노포어 지름 범위는 D = 200–300 nm였다. 나노패턴 유래 클러스터는 섬(islet)-유사 3차원 구형체(3D spheroids)를 생성하였고, 아연을 킬레이트하는 염색제 dithizone에 양성 반응을 보였다. 이 구형체는 CD200+ 내분비 세포가 30% 이상을 구성하였으며 NKX6.1 및 NKX2.2를 발현하였다. 더불어 췌장 분화의 최종 단계에서 인슐린을 발현하는 췌장 베타세포와 인슐린 및 글루카곤을 모두 발현하는 다호르몬성 세포가 획득되었다. Flk1+ MPCs는 나노패턴 기판에서 세포 증식과 집락 형성이 증가하였다. 나노필라 지름 범위(D = 200–280 nm)를 갖는 나노패턴은 심근세포 분화 및 초기 심장 표지 유전자 Mesp1의 발현을 증가시켰다. 빈큘린(vinculin)과 p-Cofilin 매개 세포골격 재구성이 관찰되었으며, 유도된 심근세포는 성숙한 심장 유전자 발현과 더불어 심장 사르코메어(cardiac sarcomeres)를 지녔다. 훨씬 더 작은 나노필라 지름 범위(D = 70±10 nm)를 갖는 나노패턴은 PDZ 결합 모티프를 가진 전사 조절 보조인자 전사공동조절인자 1(TAZ; transcriptional coactivator with PDZ binding motif)을 활성화하여, MSC의 골생성(osteogenesis)을 자극하였다. 이러한 TAZ 활성화는 나노토폴로지적 신호에 의해 매개되었고, 이는 액틴 폴리머화 및 Rho 신호 전달을 통해 이루어졌다. 또한 FAK 및 MAPK 경로도 TAZ 활성화에 관여하였다. 나노필라 지름 범위(D = 120–200 nm)를 갖는 나노필라 구조는 hECFCs의 세포 면적과 둘레를 감소시키는 한편, 필로포디아(filopodial) 돌출 성장을 증가시켰다. 빈큘린의 구조는 나노구조적 자극에 의해 조절되었다. 기울기(gradient) 나노패턴 기판은 ROCK 신호 전달을 통해 크기 특이적인 나노구조적 자극을 생성하여 hECFCs 반응의 조절에 활용하였다.

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