【科研摘要】

许多作为组织发育、成熟和功能基础的细胞反应是由细胞外基质 (ECM) 的结构和机械负荷引导的。由于机械刺激必须通过 ECM 架构传输，因此这两个因素之间的协同作用很重要。然而，在体外重现这些物理微环境线索的协同作用仍然具有挑战性。

为了解决这个问题，西安交通大学马玉菲副教授/徐峰教授团队开发了一种 3D 磁驱动胶原水凝胶平台，可以对 ECM 结构和机械刺激进行组合控制。通过该平台，展示了这些因素如何协同促进 C2C12 成肌细胞的细胞排列并增强肌生成。这种促进部分是由 Yes 相关蛋白的动力学和细胞微管网络的结构驱动的。这个简单的平台在调节细胞行为和命运、在体外产生广泛的工程生理学代表性微组织以及量化其功能背后的力学生物学方面具有广阔的前景。相关论文以题为A 3D, Magnetically Actuated, Aligned Collagen Fiber Hydrogel Platform Recapitulates Physical Microenvironment of Myoblasts for Enhancing Myogenesis发表在《Small Methods》上。

【主图导读】

图1 用于增强肌生成的 3D 磁驱动胶原水凝胶平台示意图。

图2 磁驱动平台中胶原纤维的形态特征。

图3 C2C12 成肌细胞在磁驱动 3D 胶原水凝胶中的细胞行为。

图4 通过磁驱动的 3D 胶原水凝胶平台进行成肌细胞分化和肌管形成。

图5 胶原纤维排列和机械刺激协同影响 YAP 表达和核定位。

图6 胶原纤维排列和机械刺激协同影响微管形成。

【总结】

通过模仿 C2C12 成肌细胞的天然物理微环境，该平台提供了一种灵活的方法来诱导肌生成和量化 ECM 结构和机械刺激对细胞行为和命运的影响。通过这种磁驱动 3D 胶原水凝胶平台施加的预变形和机械拉伸的协同效应显着增强了 C2C12 细胞增殖和排列、肌源性分化和肌管形成。这些协同效应的途径与 YAP 表达和微管机械转导有关。结果表明，3D 微环境中结构和机械线索的组合控制可用于指导细胞行为和命运，并在制备用于生物医学应用的具有生理代表性和功能性的微组织方面具有巨大潜力。