浙江大學王毅及賀永團隊：生物水凝膠微結構快速制造方法助力心肌細胞定向可控生長(2)
時間：2022-09-14 14:02 來源：EngineeringForLife 作者：admin 閱讀：次
我們設計了平行凹槽、封閉圓環、曲線、分叉血管和10um-5mm的跨尺度結構以驗證制備方案的可行性。結果表明TPGelMA的制作完整，而PGelMA上的微結構受損嚴重，難以分辨。在一個PDMS模具上反復多次脫模后模具上沒有殘留。因此，該方案脫模后無需清洗，大大縮短了工藝流程。為了對工藝窗口進行全面分析，選擇力學性能依次提高但生物性能降低的GM30 ~ GM5M進行脫模試驗。結果表明，TPGelMA在最低濃度，結構復雜度，深寬比三個方面的工作窗口都明顯拓寬。
圖4 水凝膠微結構的制造
熱光交聯可以最大程度地保持明膠基水凝膠的生物相容性，同時提高其機械強度。這是因為膠原蛋白分子鏈上的細胞粘附位點沒有被破壞。為了驗證這一點，將心肌細胞、肌腱干細胞和成纖維細胞接種于PGelMA和TPGelMA上，并在第3天進行活死分析。結果表明，不同的細胞對兩種水凝膠均有良好的生物活性。為了驗證微圖紋水凝膠對細胞的接觸引導作用，用肌腱干細胞構建了平行條紋圖，用心肌細胞構建了環形圖。可以看到細胞按照設計的圖案排列，細胞骨架也沿著微結構的方向生長。而脫模失敗的水凝膠則很難使細胞形成圖案。
圖5 生物相容性和細胞圖案化效果
在水凝膠上的細胞圖案更符合體內微環境。分析心肌細胞的跳動及功能蛋白表達。對照組心肌細胞無序生長，隨機分布，細胞之間的連接也非常混亂。相比之下，實驗組心肌細胞排列更有規律，掃描電子顯微鏡也清楚地顯示，細胞連接形成一個更有序的網絡。利用視頻分析軟件ImageJ對心肌細胞的跳動進行分析，發現對照組的跳動速度為24 BPM，比機體的跳動速度慢一個數量級。實驗組心肌細胞的搏動速度為216 BPM。實驗組不僅細胞的搏動速度提高了10倍，而且搏動一致性提高了很多。對照組細胞收縮時間、峰-峰時間、峰間時間、松弛時間更長。而且數據的標準差很大，說明細胞跳動的規律性很差。在實驗組中，細胞跳動數據的標準差降低為十分之一左右。這表明，細胞不僅跳動得更快，而且跳動得更有規律。肌節α肌動蛋白染色分析顯示，圖案化心肌細胞具有肌節結構，隨細胞縱向分布，這更符合生物體的實際情況。相比之下，對照組的肌動蛋白是無序的。這表明圖案心肌細胞在結構和功能上更接近生物體的真實狀態，對理解細胞行為和構建人工生物組織具有重要的啟發意義。軟脆水凝膠微結構制備方法在組織工程和再生醫學領域具有重要的潛力，為仿生組織、芯片上器官、細胞行為學和微流體提供了一個通用的平臺。
圖6 圖案化細胞的功能性
文章來源：
https://link.springer.com/article/10.1007/s42242-022-00207-1
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