原位微孔退火（Microporous Annealed Particle, MAP）水凝胶是一种新兴的多孔生物材料，通过原位退火微凝胶颗粒形成多孔的块状支架。这种水凝胶在体外和体内均显示出支持和增强细胞增殖和再生行为的能力，因此将基因传递与MAP水凝胶结合为治疗开发提供了一个有前景的方法。为了优化MAP水凝胶以实现基因传递，研究团队研究了颗粒大小和硬度以及粘附潜力对细胞表面积和增殖的影响，并将这些信息与细胞在这些支架中种植时的转染能力相关联。
研究简介
本研究的结果显示，MAP水凝胶的物理和粘附特性对细胞行为和基因传递有显著影响。通过调整MAP水凝胶的特性，可以优化非病毒基因传递的效率，这对于再生医学中的组织修复等应用至关重要。
首先，研究发现微凝胶的直径对细胞铺展和增殖有显著影响。使用较小微凝胶尺寸（20-60微米）的MAP水凝胶培养的人类皮肤成纤维细胞（HDFs）相较于使用较大微凝胶尺寸（60-100微米和100-200微米）的MAP水凝胶，展现出更少的细胞铺展、更低的增殖水平和减少的基因表达。这可能是由于较小微凝胶尺寸的MAP水凝胶具有较小的孔隙尺寸，限制了细胞的铺展程度。此外，研究还发现，增加MAP水凝胶的硬度可以显著增强细胞铺展，但对细胞增殖没有影响。然而，随着支架硬度的增加，转染效率提高了2.28倍和2.25倍。这些结果表明，细胞铺展和转染在MAP水凝胶中可能更类似于2D培养而不是3D培养。
其次，研究探讨了MAP水凝胶中RGD配体的浓度和呈现方式对细胞铺展和基因转移的影响。RGD配体是促进细胞粘附的关键分子，通过改变RGD配体的浓度和聚集方式，可以调节细胞的行为。研究发现，RGD配体浓度低于500 mM的MAP水凝胶中的HDFs展现出显著较少的铺展、增殖和基因表达。而RGD配体浓度为500 mM和1000 mM的MAP水凝胶则展现出更高的细胞铺展和基因表达。此外，研究还发现，RGD配体的聚集方式对细胞铺展和整体活力没有显著影响，但在最高的聚集比例下，转染效率降低。这表明，RGD配体的聚集可能通过影响整合素信号传导来调节细胞行为，尽管这种影响可能与细胞铺展的程度无关。
最后，研究还探讨了整合素特异性对基因转移的影响。通过使用不同的纤维连接蛋白片段，研究者能够控制整合素的激活特异性，从而研究其对HDFs铺展、增殖和基因转移的影响。研究发现，偏好激活α3/α5β1整合素的MAP水凝胶相较于偏好激活αvβ3整合素的MAP水凝胶，展现出更低的平均细胞表面积。然而，尽管细胞铺展减少，偏好激活α3/α5β1整合素的MAP水凝胶却导致了更高的细胞增殖和转染效率。这表明，整合素依赖的基因转移可能实际上与细胞铺展的程度无关，而是与细胞增殖有更强的相关性。
综上所述，本研究的发现表明，通过调整MAP水凝胶的特性，可以优化非病毒基因传递的效率。微凝胶直径在60-200微米、增加微凝胶硬度、RGD浓度至少为500 mM以及RGD聚集比例小于12 mmol RGD:mmol HA的条件，可以实现最高的基因表达。这些发现不仅为理解细胞行为和基因传递提供了新的见解，也为将来将非病毒基因传递与治疗相关的MAP水凝胶集成提供了设计标准，以促进体内组织修复。
原文链接：
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2019.02.054
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