本研究探讨了通过硫-烯点击化学将聚（乙二醇）（PEG）微凝胶组装成多孔细胞指导性3D支架的可能性。这种支架因其高度互联的微孔结构而备受关注，因为它们提供了比传统纳米孔水凝胶更为开放的环境，有助于细胞的铺展、迁移和新细胞外基质的沉积。研究团队利用PEG微凝胶构建3D支架，并研究了组装过程中交联剂和引发剂浓度对支架的机械性能、孔隙率以及人间充质干细胞（hMSCs）在支架中的生长和增殖的影响。
研究简介
研究结果表明，通过硫-烯点击化学成功地将PEG微凝胶组装成了具有互联微孔结构的3D支架。这些支架的宏观形态和内部结构通过立体显微镜和共聚焦显微镜进行了观察，显示出明显的颗粒状表面和几百微米大小的互联孔隙。在组装过程中，通过光引发剂的加入和紫外线照射实现了微凝胶的快速交联，这一过程对于缩短细胞封装时间具有重要意义。
在研究中，通过改变PEG-二硫（PEG-DT）交联剂和锂酰基磷酸盐（LAP）光引发剂的浓度，研究者们发现这些浓度对支架的存储模量影响不大，但对支架的孔隙率有显著影响。随着PEG-DT浓度的增加，支架的孔隙率从17%增加到36%，这可能是由于添加了不同体积的PEG-DT溶液。荧光图像显示，在低交联剂浓度组中，微凝胶在支架中分布均匀，而在高交联剂浓度组中观察到大的空隙和微凝胶的聚集。
人间充质干细胞（hMSCs）在PEG微凝胶支架中的活性、铺展和增殖特性也得到了研究。结果显示，低浓度的交联剂和引发剂有利于细胞在支架中的铺展和生长。与高浓度组相比，低浓度组的细胞体积增加了两到三倍。这些结果并非由于活力差异，因为Live/Dead染色显示所有组的活力都高于80%。进一步分析表明，低浓度组中有36%的hMSCs在微凝胶支架中增殖，而高PEG-DT浓度组只有7%，高LAP浓度组只有2%。
研究还比较了hMSCs在传统大块水凝胶和微凝胶支架中的铺展趋势。原子力显微镜（AFM）纳米压痕测试显示，PEG5和PEG20微凝胶的局部杨氏模量分别为35.8和7.6 kPa。在大块水凝胶中，hMSCs在PEG20中的铺展优于PEG5，这是由于较低的交联密度。然而，细胞铺展程度不如微凝胶支架。在微凝胶支架中培养时，hMSCs在PEG5球面上铺展良好，并在24小时后展现出较大的细胞体积，而在PEG20支架中它们保持圆形。随着培养的延长，hMSCs在两组中都继续增殖和铺展。
为了研究微凝胶机械性能对细胞反应的影响，研究者们在培养72小时后对YAP进行了免疫染色，以评估hMSCs在不同模量微凝胶支架中的机械感应。共聚焦显微镜的荧光图像显示，随着支架刚度的增加，YAP核定位在微凝胶支架中增强。量化YAP核/细胞质比例显示，与PEG20支架相比，PEG5支架中培养的hMSCs的YAP相对核强度大约高出两倍。在PEG5支架中，平均细胞体积也增加了八倍。在PEG20支架中的一些细胞似乎与其他细胞聚集。
这些结果表明，通过硫-烯点击化学组装的PEG微凝胶支架可以被设计成提供细胞指导性的3D环境，使它们成为组织工程有前景的3D平台。低浓度的交联剂和引发剂对于维持这些支架内的开放环境至关重要，而PEG微凝胶的特性可以调整以影响在组装过程中被包埋的细胞的行为。由于微孔隙性，3D开放环境为通过材料属性调节细胞铺展和机械感应提供了手段，且细胞行为的趋势与在2D培养中观察到的相似。基于这些结果，这些材料似乎是有广泛用途的有前途的平台，适用于组织工程和再生医学。未来的研究应该探讨是否含有特定生物物理和生化线索的微凝胶可以用来提高体内组织工程的效率。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/adhm.201800160
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