基于光调控透明质酸水凝胶的高通量细胞外基质互作研究平台

文摘   2024-09-12 07:40   北京  

介绍:文章介绍了一种基于光调控的透明质酸水凝胶的高通量平台,用于研究细胞外基质(ECM)参数对细胞行为的影响。该平台能够独立并连续变化配体密度和基质刚度,验证了其支持间充质干细胞的机械敏感性分化,并展示了在胶质瘤细胞中,癌基因microRNA miR18a如何非线性地受到基质刚度和纤维连接蛋白密度的调控。该系统通过并行化实验,将需要数百个独立水凝胶的研究浓缩到单个基质上。

结果:

  1. HA水凝胶上的图案化刚度和配体密度:

  • 研究者通过两步Michael加成/光引发交联过程,制备了具有梯度刚度的HA水凝胶。

    高通量细胞-ECM 分析凝胶的设计和执行示意图。

  • 使用紫外线通过光掩模照射,实现了配体(纤维连接蛋白)密度的图案化。

  • 刚度和配体密度的正交图案化:

    • 通过连续梯度的图案化,制备了垂直方向上的刚度和配体密度梯度,证实了两种梯度的正交性。

      刚度和配体密度的正交图案的表征和验证。

  • 双梯度水凝胶控制神经胶质瘤细胞扩散:

    • U373-MG人胶质母细胞瘤细胞在双图案化水凝胶上培养,发现细胞扩散面积随纤维连接蛋白密度和基质刚度的增加而增加。

  • 刚度和配体密度协同调节miR18a:

    • miR18a在硬质、富含纤维连接蛋白的基质上的表达增加,且miR18a的表达受基质刚度和纤维连接蛋白密度的共同调节。

      使用双梯度图案化水凝胶测定的 miR18a 的 ECM 敏感调节。


      外源性巨噬细胞衍生的可溶性因子对 miR18a 的 ECM 敏感调节的影响。

  • 间充质干细胞(MSC)分化的模式:

  • 利用该系统研究了基质生物物理和生物化学属性对MSC分化的影响,发现成脂分化主要受基质刚度影响,而成骨分化则受纤维连接蛋白密度和基质刚度的共同影响。

    双梯度模式的 DMNBAT-HA-甲基丙烯酸酯水凝胶的脂肪来源的间充质干细胞分化。

  • 双图案水凝胶的信息内容:

    • 通过高分辨率的测量,提供了关于ECM刚度如何调节机械传感器与粘着斑亲和力的定量见解,这些见解可能在低分辨率研究中被忽略。

    讨论:文章讨论了开发的水凝胶ECM系统,该系统能够独立并同时变化生化和生物物理属性,用于高通量研究细胞-ECM相互作用。强调了新开发的水凝胶平台如何通过独立调控细胞外基质的生物物理和生物化学属性,为研究细胞-ECM相互作用提供了一个强大的高通量工具。该平台不仅能够模拟体内微环境的复杂性,还通过减少实验所需的资源和时间,提高了研究效率。此外,它还揭示了细胞行为如何受到ECM属性如刚度和配体密度的非线性影响,以及这些属性如何与肿瘤微环境中的可溶性因子相互作用,从而对细胞功能产生影响。

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