胚胎干細胞（ESCs）具有在未分化狀態(tài)下自我更新和分化為所有類型成體細胞的能力，因此是細胞基礎研究的重要工具，也在生物醫(yī)學應用領域具有巨大潛力。然而，現(xiàn)有的胚胎干細胞二維培養(yǎng)方式很難滿足在細胞的長期培養(yǎng)增殖中保持其未分化狀態(tài)和全能干性。而相比之下，三維細胞培養(yǎng)支架例如水凝膠，可以通過模擬細胞外基質(zhì)（ECM）的生物物理和生化特性，更好地支持細胞的長期增殖和干性保持。盡管現(xiàn)有的一些研究表明，柔軟且可降解的水凝膠更有利于胚胎干細胞的增殖，但很少有研究考察水凝膠基質(zhì)的結構動力學對ESC行為的影響。
圖1. (a) GelCD水凝膠的動態(tài)主客體交聯(lián)結構及GelMA水凝膠的共價交聯(lián)結構示意圖；(b) GelCD水凝膠的動態(tài)網(wǎng)絡可以動態(tài)適應mESC細胞團生長的顯著體積膨脹，而GelMA水凝膠中的靜態(tài)致密的共價交聯(lián)限制了mESC細胞團的增大的示意圖。
華南理工大學邊黎明教授團隊通過環(huán)糊精與明膠芳香殘基的主客體超分子相互作用，制備了一種基于明膠的細胞適應性動態(tài)水凝膠體系（GelCD）（圖1）。與硬度和生物降解性均一致的共價交聯(lián)明膠水凝膠（GelMA）相比，GelCD水凝膠顯著促進了三維培養(yǎng)的小鼠胚胎干細胞（mESCs）的克隆擴增，并更好地保持了水凝膠中胚胎干細胞的干性（圖2）。此外，與傳統(tǒng)二維培養(yǎng)方法相比，在GelCD水凝膠中培養(yǎng)的mESCs也在長期培養(yǎng)期間更好地保持了干性（圖3）。在GelCD水凝膠中長時間培養(yǎng)兩個多月后，mESCs仍可保持其正？寺⌒螒B(tài)以及完全分化能力。此外，抑制基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）介導的水凝膠降解并不影響GelCD水凝膠中mESC的克隆擴增，這表明GelCD水凝膠網(wǎng)絡的內(nèi)在動力學在支持三維培養(yǎng)的mESC擴增中起著關鍵作用。
圖2.在GelCD和GelMA水凝膠中的mESCs在三維培養(yǎng)的第2、4和7天的代表性明場細胞圖像以及第7天的活/死染色圖像。
這一發(fā)現(xiàn)強調(diào)了水凝膠三維網(wǎng)絡的結構動力學能夠?qū)ε咛ジ杉毎麍F生長中發(fā)生的體積膨脹起關鍵的調(diào)節(jié)作用。該動態(tài)水凝膠是小鼠胚胎干細胞長期三維培養(yǎng)的極具潛力的新型培養(yǎng)系統(tǒng)。
圖3. 在GelCD三維培養(yǎng)中的胚胎干細胞團與傳統(tǒng)二維培養(yǎng)中的胚胎干細胞團對比
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961222004422
課題組主頁：https://www.x-mol.com/groups/bian_lab?lang=en
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