AFM全新平台！通过定向磁响应微凝胶实现神经元引导生长

　　用于治疗的组织工程是一个快速发展的研究领域，旨在通过提供比传统的组织或器官移植程序更容易获得和更安全的替代方案来恢复、维持或增强组织和器官功能。成年哺乳动物体内很少有器官具有天生的再生能力，而其他器官可以通过引入各种类型的外源祖细胞或干细胞来实现。对于再生能力有限的几种组织，例如心脏、中枢神经系统、胰腺和肾脏，需要更复杂的策略来指导再生，利用可以提供机械支持、结构完整性和各种生化和的不同类别的生物材料中，水凝胶是最流行的用于此目的的材料，因为它们在结构和组成上与天然细胞外基质相似。
　　来自德国DWI莱布尼茨交互材料研究所的学者介绍了一种名为Anisogel的新型组织再生平台。作为一种可注射的组织再生平台，Anisogel旨在通过使用磁响应微凝胶来概括天然细胞外基质的复杂和各向异性结构，这些微凝胶在100mT的低磁场下被定向，而周围的水凝胶基质则交联在他们旁边。该系统在体外培养时大大促进了神经元的定向生长。在这项研究中，局部微凝胶特性如何影响神经突的生长和方向旨在了解使用鸡胚胎的背根神经节。当周围的基质是合成聚（乙二醇）水凝胶时，与基于纤维蛋白的Anisogels相比，实现定向神经生长所需的微凝胶浓度和长度更高。微凝胶应该比基质更硬以便细胞感知机械各向异性，但广泛的微凝胶刚度会导致相似的细胞排列和生长。另一方面，与细胞粘合剂周围凝胶中的生物惰性微凝胶相比，用常见的细胞外基质分子修饰微凝胶可增强神经生长，但会恶化神经排列。最后，将这些微凝胶与周围基质共价偶联会减少细胞定向和生长，这表明细胞感知各向异性的能力降低。相关文章以HowdotheLocalPhysical，Biochemical，andMechanicalPropertiesofanInjectableSyntheticAnisotropicHydrogelAectOrientedNerveGrowth？标题发表在AdvancedFunctionalMaterials。
　　论文链接：
　　https：doi。org10。1002adfm。202202468
　　图1。Anisogel系统示意图，其中轴突沿微凝胶方向排列，而局部微凝胶特性经过修改以影响神经元生长。
　　图2。具有不同尺寸和体积浓度的微凝胶的Anisogels中神经突取向和生长的比较。AD）在含有2。525m微凝胶（0。45vol）、2。52。525m微凝胶（1vol）、2。52。550m微凝胶（0。6vol）和2。52。550m微凝胶（1vol）的Anisogel中培养7天后DRG的共聚焦显微照片。EH）神经突起和微凝胶在各自Anisogel条件下的代表性取向分布曲线。I）绘制比较不同微凝胶条件下神经突石取向FWHM的图。
　　图3。含有2。52。55m的尺寸为2。550m的排列微凝胶的Anisogel中神经突取向和生长的比较。在含有A）10wt。，B）15wt。，C）20wt。，G）40wt。，H）80wt。的PEGDA中培养7天后从DRG生长的神经突起的共聚焦显微照片，以及它们在图（DF）和（I，J）中相应的神经突起和微凝胶的归一化取向分布曲线。
　　图4。含有用不同ECM分子修饰的排列微凝胶的Anisogel中的神经突取取向和生长的比较。在Anisogels中培养七天后从DRG生长的神经突起的共聚焦显微照片，其中A）未修饰的微凝胶，B）纤连蛋白修饰的微凝胶，C）透明质酸修饰的微凝胶，G）用纤连蛋白功能化的PEG基质中的层粘连蛋白修饰微凝胶，以及H）用层粘连蛋白修饰的PEG基质中的透明质酸修饰微凝胶。神经突起和微凝胶的相应归一化取向分布曲线如图（DF）和（I，J）所示。
　　图5。将Anisogels中的神经突取向和生长与基质偶联的排列微凝胶进行比较。在Aniisogels中培养7天后从DRG生长的神经突起的共聚焦显微照片，A）封装在PEG基质中的微凝胶和用B）K肽和C）Q肽修饰后与PEG基质偶联的微凝胶以及它们相应的归一化神经突起和微凝胶的归一化取向分布曲线（DF）。不同微凝胶条件之间微凝胶和神经突起取向的比较分别绘制在图表（G）和（H）中。图I显示了在最大密度和最大行进距离为一半时测量的神经突起生长。
　　Anisogel是一个全新的平台，通过定向磁响应微凝胶实现了神经元的引导生长。除了这些微凝胶的功能在水凝胶基质中充当屏障以确保神经突起的排列生长外，它们还可以成为了解支持定向细胞生长所涉及的各种机械生物学机制的有用工具。在这方面，本文研究了基于PEG的合成Anisogel系统中微凝胶性质的各个方面，例如它们的尺寸和浓度、刚度、表面改性以及与基质的相互作用。观察到与纤维蛋白凝胶相比，微凝胶需要更高的纵横比并且以更高的浓度存在于PEG凝胶中以确保足够的神经突起取向，可能是因为PEG凝胶是均匀的，没有任何纤维结构域以提供额外的指导线索。通过改变微凝胶硬度来改变硬度的局部变化在神经突起排列或生长方面没有产生任何显着差异。然而，本研究中使用的最柔软的微胶囊仍然具有比周围水凝胶高100倍的杨氏模量。将来，即使是更柔软的棒状微胶囊也可能通过间隔射流聚合生产，但是当使用这种新技术时，尺寸需要进一步减小到2。5m直径。（文：SSC）
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