Nat. Mater.：基質重構實現3D水凝膠中神經祖細胞干性維持

【背景介紹】

在三維（3D）水凝膠中培育神經祖細胞（NPC）對于在治療上擴大相關數量的干細胞是很有效的策略。神經祖細胞（NPCs）是一種能夠自我更新和分化成中樞神經系統主要細胞類型的干細胞群。神經祖細胞直接替代受損組織并分泌營養因子的潛能使其成為許多神經系統疾病有吸引力的治療方法。然而，在治療上擴大相關數量的干細胞同時保留其未分化的顯性性狀仍然是一個重大的挑戰。

【成果簡介】

近日，斯坦福大學Sarah C. Heilshorn（通訊作者）團隊發現在約0.5至50kPa的生理學相關剛度范圍內，干性維持與初始水凝膠剛度不相關。相反，水凝膠降解與神經祖細胞干細胞維持相關。這種降解不依賴于細胞支架張力和工程膠粘劑配體，而是依靠基質重構來促進鈣粘蛋白介導的細胞間接觸并促進β-連環蛋白信號傳導。在兩個額外的水凝膠系統中，證明NPC介導的基質重構是3D中干性維持的一般化策略。相關成果以題為“Maintenance of neural progenitor cell stemness in 3D hydrogels requires matrix remodelling”發表在了Nature Materials上。

【圖文導讀】

圖1 在水凝膠中維持NPC干性需要基質降解，但不依賴于細胞骨架張力或基質-粘附配體相互作用

a，示意圖描繪了基于水凝膠可降解性的細胞支架張力在NPC干細胞性中的可能作用

b，然而，在高可降解性水凝膠中存在抑制劑的情況下，在培養7天后沒有觀察到巢蛋白和Sox2表達的降低

c，通過將ELP細胞粘附基序的氨基酸序列從整合素結合RGD序列改變為非整合素結合RDG序列來改變整合素介導的與水凝膠基質的接合

d，培養7天后，具有不同可降解性的水凝膠中具有或不具有整合素結合RGD配體的NPC標記物巢蛋白和Sox2的mRNA的表達

e，假設去除ADAM9將導致水凝膠降解減少

f，通過shRNA介導去除ADAM9使水凝膠降解減少，3天后降低了巢蛋白和Sox2的表達

圖2 基質重構通過調節鈣粘蛋白介導的細胞間接觸來調節NPC干細胞

a，低降解性凝膠顯示出少許的重構

b，相反，高降解性ELP凝膠隨著時間推移顯示出顯著的重構性

c，在低降解性凝膠中，巢蛋白和Sox2表達在所有時間點都被抑制

d，巢蛋白和Sox2在高降解性凝膠中的表達最初受到抑制

e，用鈣粘蛋白阻斷環狀-HAV肽（cHAV）處理抑制高可降解性水凝膠中的巢蛋白和Sox2表達

f，通過ADAM9介導的基質重構調節NPC干細胞的機制

圖3 NPC干性維護因重構而異

a，制備具有可調ADAM9降解性和強度的共價交聯水凝膠

b，通過改變交聯肽的總量來調節水凝膠的彈性模量

c，NPC標記物巢蛋白和Sox2的mRNA表達不隨水凝膠強度而變化

d，然而即使在最軟（E≈600Pa）的水凝膠中，降低可降解性導致巢蛋白和Sox2的表達降低

e，重構物理交聯的藻酸鹽水凝膠

f，物理交聯的藻酸鹽水凝膠促進基質重構

【小結】

該研究表明了基質重構對于3D水凝膠中NPC干性維持的必要性，水凝膠重構可以通過化學降解共價交聯網絡或物理交聯網絡的物理重構來實現。因為重構介導的干性維持似乎與水凝膠剛度正交，所以NPC的機械敏感性分化應用于可重構凝膠中的NPC可產生大量分化的細胞。

文獻鏈接：Maintenance of neural progenitor cell stemness in 3D hydrogels requires matrix remodelling（Nat.Mater, 2017, DOI:10.1038/nmat5020）

本文由材料人生物材料組Allen供稿，材料牛整理編輯。

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