介绍：本文研究了如何通过调节大孔隙率的高分子量海藻酸盐（alginate）水凝胶的孔隙率来实现快速的应力松弛和良好的机械稳定性。这种水凝胶在模拟生物组织中具有潜在的应用价值，尤其是在体外培养模型和基于材料的细胞治疗方面。研究表明，传统的水凝胶虽然能够模拟天然细胞外基质（ECM）的粘弹性，但在不限制水凝胶机械稳定性的情况下，很难复制许多组织中观察到的快速应力松弛。
结果
1. 使用注射器混合快速生成大孔海藻酸盐水凝胶
通过注射器混合法快速制备大孔海藻酸盐水凝胶，引入空气囊泡形成大孔结构，并添加牛血清白蛋白（BSA）以稳定结构。
大孔海藻酸盐水凝胶的制备与表征。
通过真空脱气，将空气从孔隙中移除，并用细胞培养基替换，得到的大孔海藻酸盐水凝胶具有均匀分布的液态填充孔隙，平均孔径约为75微米。
2. 孔隙率提高了大孔藻酸盐水凝胶的应力松弛率
与普通海藻酸盐水凝胶相比，大孔海藻酸盐水凝胶具有更低的杨氏模量和更快的应力松弛率。
大孔海藻酸盐水凝胶的力学表征。
应力松弛率的增加不依赖于海藻酸盐的分子量，且在孔隙填充空气或液体时均观察到更快的应力松弛。
3. 水凝胶孔隙率和 BSA 浓度影响硬度和粘弹性
孔隙率的增加导致杨氏模量降低和应力松弛率增加。
分析孔隙率和BSA浓度对水凝胶刚度和粘弹性的影响。
BSA浓度的增加也导致类似的效果，表明BSA可能通过干扰海藻酸盐聚合物链的交联来加速应力松弛。
4. 大孔水凝胶促进三维培养中的细胞扩增和迁移
在大孔海藻酸盐水凝胶中培养的细胞和细胞球体显示出比在普通水凝胶中更大的扩增面积和更小的圆形度，表明细胞迁移增加。
将 HEK293T 球体掺入本体和大孔藻酸盐水凝胶中。
使用荧光FastFUCCI细胞周期报告基因的HEK293T细胞球体在大孔海藻酸盐水凝胶中培养后，观察到G1期细胞比例增加。
5. 大孔海藻酸盐水凝胶中组织形态发生的计算模型
开发了一个基于粒子的计算模型，模拟细胞球体在大孔海藻酸盐水凝胶中的行为。
海藻酸盐水凝胶包裹多细胞球体的计算模型。
模型预测了孔隙率和水凝胶粘弹性对细胞球体形态发生的影响，与实验数据一致，表明小孔隙率即可显著影响细胞球体的行为。
讨论：本研究揭示了海藻酸盐水凝胶结构与应力松弛之间的关系，并展示了通过调节孔隙率可以在广泛的海藻酸盐分子量范围内影响应力松弛，克服了以往提高应力松弛率的方法在机械稳定性方面的限制。大孔海藻酸盐水凝胶可能有助于研究基质粘弹性在组织发育或基于材料的细胞治疗中的作用，并可能推广到其他类型的水凝胶系统。此外，计算模型为研究基质粘弹性和孔隙率对细胞生长和迁移的影响提供了一个基于第一原理的框架。
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