【文章概述】
近几年，三维干细胞培养的飞速发展为基础研究、药物发现和再生医学开辟了广阔的前景。特别是，天然细胞外基质(ECM)的替代品，称为类器官。虽然类器官在基础生物学中是有价值的模型系统，但对它们的翻译潜力的探索才刚刚开始，这主要是因为它们目前依赖于定义不清的动物源性基质。尽管这些系统的非生理力学特性严重阻碍了培养干细胞的形态发生，但是可以合成和定义明确的水凝胶能够克服这一关键的障碍。为类器官培养替换这种定义不明确的基质的努力主要集中在由共价交联的亲水性大分子组成的非适应性水凝胶上。而弹性凝胶中由于组织膨胀而产生的过度力严重限制了类器官的生长和形态发生。化学降解或酶降解方案可以部分缓解这一问题，但由于其不可逆性，长期适用性有限。
【成果简介】
瑞士洛桑联邦理工学院Matthias P. Lutolf教授团队报道了一个合成水凝胶，它们通过可逆氢键介导的动态重排促进广泛的类器官形态发生。通过选择胞嘧啶作为可逆交联的候选构建块，在生理pH下，这个碱基可以与它的异构体形成三个氢键。通过加入一个由长碳链组成的间隔作为疏水口袋，来防止水分子在水环境中形成的氢键。这些定义良好的凝胶为培养复杂的体外形态发生提供了有前途的多功能基质。
【图文导图】
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图1 PEG-胞嘧啶50的合成与设计原理图。
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图2杂交50水凝胶的合成与力学表征
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图3 杂交50凝胶支持从单细胞形成小鼠肠道干细胞衍生的类器官
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图4不同力学性质的合成生态位中小鼠肠道类器官的发育
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图5扩展杂交水凝胶在长期hSI类有机物培养中的应用
【奇材馆点评】
传统的合成水凝胶相比，本研究开发的混合减压凝胶能够适应组织扩张和发育过程中发生的机械变化，而不依赖于不可逆的网络退化。合成的水凝胶在以往的报道中已经显示在细胞培养具有很广泛的应用前景。但是这种水凝胶还没有被证明支持3D类器官培养。虽然还需要进一步的研究来确定分子机制来解释上皮干细胞如何感知并与外部物理环境相互作用以实现适当的形态发生，但是越来越多的证据表明，动态力学性能的重要性正在形成下一代生物材料的设计标准。这种动态凝胶将允许更精确的环境控制，以支持改善的器官生长和形态发生。
【论文信息】
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Synthetic dynamic hydrogels promote degradation-independent in vitro organogenesis |
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Nature Materials：（IF= 43.841） |
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Pub Date ：2021.11.15 |
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https://doi.org/10.1038/s41563-021-01136-7 |
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Antonius Chrisnandy 1,4, Delphine Blondel1,4, Saba Rezakhani 1, Nicolas Broguiere 1 and Matthias P. Lutolf 1,2,3 |
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1 Laboratory of Stem Cell Bioengineering, Institute of Bioengineering, School of Life Sciences (SV) and School of Engineering (STI), Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Lausanne, Switzerland. 2 Institute of Chemical Sciences and Engineering, School of Basic Science (SB), EPFL, Lausanne, Switzerland. 3 Roche Institute for Translational Bioengineering (ITB), Pharma Research and Early Development (pRED), F. Hoffmann-La Roche Ltd, Basel, Switzerland. |
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