ECM在细胞生长和疾病进展中起决定性作用2024-01-26 09:06:11
体内的ECM是复杂的、组织有序的三维网络支架, 在调节细胞行为和组织再生中起着至关重要的作用. 虽然ECM的组成和微观结构因器官而异, 但其主要成分包括纤维蛋白、糖蛋白、蛋白多糖和糖胺聚糖等, 为人体不同组织的细胞提供结构和功能支持. 深入研究细胞与基质微环境的相互作用, 有助于设计合适的生物材料, 并将其用于指导细胞迁移、增殖、分化和免疫调节等过程. 细胞和生物活性ECM之间的动态互作通过激活信号级联和进一步调节细胞行为来调控组织的正常活动. ECM的动态变化包括其组分的不断生产、降解和重塑, ECM成分的动态平衡对于维持细胞外环境稳态至关重要, 现有的研究也已证实ECM在细胞生长、分化和疾病进展中起决定性作用. 为更好地模拟ECM的动态性质, 可在类器官构建过程中。将干细胞、生物信号分子和ECM集成到同一体系中,以再现体内的细胞增殖、迁移和自组织等行为. 此外,在体外引入基质重建干细胞生态位时, 应考虑生化和力学因素. 类器官的形成依赖于3D基质中细胞聚集的自发形态发生, 包括细胞膨胀、分化及类器官形成和生长在内的自主动态过程往往受到外部微环境的影响 然而, 由于传统ECM微环境无法精确调控, 体外自发的类器官形态发生难以控制. 因此, 设计可替代的水凝胶系统对模拟细胞生态位和调节许多细胞行为,如增殖, 细胞形态发生、迁移和分化十分重要。
在材料选择与设计方面, 用于类器官培养的水凝胶应尽量满足以下特性: 较好的生物相容性、适宜的降解速率、可修饰的表面性能、较好的细胞黏附性、可加工性、一定的孔隙率和机械性能等. 一般来说, 天然ECM的刚度取决于其来源, 其杨氏模量从大脑的0.1 kPa到骨骼的10 MPa不等. 通过增加水凝胶的分子量和交联密度, 增加超分子相互作用的量, 可以增强水凝胶的刚度, 以满足不同类型类器官的需要. 此外, 通过改变分子量和结构以及预聚物的交联密度, 可以显著改变水凝胶的黏弹性、刚度和应力松弛等关键力学特性, 从而为某些类器官培养构建定制的或动态的基质.
出自《水凝胶材料在类器官研究中的应用进展》作者覃馨园 刘海涛, 甘忠桥.
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