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BEBC在构建细胞力学微环境的新型水凝胶体系制备领域取得研究进展

2021-07-19 17:25:19      点击:

在体细胞生活在一定的微环境中,微环境中多种信号(包括物理、化学信号)起到维持细胞正常形态功能的作用。越来越多的研究表明,机体发育、疾病的发生发展等生理病理过程与细胞及其力学微环境(mechanical microenvironment)的变化密切相关。细胞微环境中的多种力学信号(如基质刚度、应力/应变)是调控在体多种细胞(如肌肉细胞、神经细胞等)生物学行为的关键物理因素。为了进一步构建细胞力学微环境,BEBC通过和孙晓龙教授课题组合作采用“点击(click)化学”和 “去点击(declick)化学”等反应开发了一种新型力学性质可调及化学结构可控的水凝胶体系。


该水凝胶体系的反应机理是通过小分子基团化学反应实现的,通过“点击反应”在共轭分子受体上发生胺-硫醇以及硫醇-硫醇的取代反应,以及通过“去点击反应”添加DTT在中性反应条件下形成新的共轭受体,通过不同的化学反应分别调控水凝胶的形态和力学性质。水凝胶1是整个反应凝胶体系的基础,是通过铜催化的炔基-叠氮点击化学反应形成的聚乙二醇(PEG)水凝胶(图1)。


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图1. 水凝胶反应机理图


通过氨基-巯基置换,巯基-巯基置换的化学反应,在室温以及中性缓冲液条件下,分别向水凝胶1种加入线性PEG,最终形成水凝胶2和水凝胶3;通过添加DTT和H2O2最终形成含有二硫键的水凝胶4(图2)。作者分别利用流变仪,紫外-可见分光光度计,核磁共振仪等仪器测试和追踪了化学反应和结构转化的过程。


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图2. 水凝胶体系反应示意图


基于干细胞治疗在治疗各种疾病方面显示出巨大的潜力,而有效的细胞传递是其中的关键挑战之一。为了实现细胞传递,水凝胶可以提供细胞保护和一个稳定的三维生理环境。在水凝胶体系中,由于正交反应,水凝胶1和水凝胶2的转换可以在原位发生,对干细胞的包封具有细胞友好性,因此,在水凝胶2的形成过程中加入干细胞(hMSCs)。最终形成的水凝胶2为3D细胞培养提供了良好的支架。当干细胞治疗结束,凝胶需要快速降解时,通过加入DTT将水凝胶2快速降解,离心后释放细胞。这些结果表明,水凝胶2作为细胞载体用于细胞治疗的巨大潜力(图3)。


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图3. 水凝胶在3维细胞培养中的应用


以上相关成果发表在ACS Macro Letter上。论文的第一作者为BEBC博士生常乐,通讯作者为徐峰教授,共同通讯作者为西安交通大学孙晓龙教授。


论文链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsmacrolett.1c00276