Combinatorial hydrogels with biochemical gradients for screening 3D cellular microenvironments.
Combinatorial hydrogels with biochemical gradients for screening 3D cellular microenvironments.
复制标题
DOI：
10.1038/s41467-018-03021-5
复制
发表时间：
2018-02-09
影响因子：
16.6
通讯作者：
Burdick JA
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Vega SL;Kwon MY;Song KH;Wang C;Mauck RL;Han L;Burdick JA
三维微环境参数控制细胞行为，但在广泛的条件下进行研究可能具有挑战性。在此，开发了一种组合水凝胶平台，该平台利用光介导的硫醇 - 降冰片烯化学将细胞包封在水凝胶内，通过空间变化的光照产生生化梯度。具体而言，间充质干细胞被光包封在降冰片烯修饰的透明质酸水凝胶中，这些水凝胶用模拟细胞 - 细胞或细胞 - 基质相互作用的肽梯度（0 - 5 mM）进行功能化，可为单一梯度或正交梯度。根据局部生化配方，这些水凝胶中的软骨形成在空间上有所不同，这通过Sox9和聚集蛋白聚糖的表达水平得以体现。从所研究的100种组合中，配制出离散的水凝胶，并对早期基因表达和长期软骨特异性基质产生进行测定，发现与筛选预测一致。该平台是一种可扩展的高通量技术，能够筛选多种生化信号对三维细胞行为的影响。
用于研究广泛的三维微环境参数的工具对于理解和控制细胞命运非常重要。在此，作者开发了具有正交生化梯度的水凝胶，并使用该筛选系统来识别诱导间充质干细胞软骨形成的微环境。
3D microenvironmental parameters control cell behavior, but can be challenging to investigate over a wide range of conditions. Here, a combinatorial hydrogel platform is developed that uses light-mediated thiol-norbornene chemistry to encapsulate cells within hydrogels with biochemical gradients made by spatially varied light exposure. Specifically, mesenchymal stem cells are photoencapsulated in norbornene-modified hyaluronic acid hydrogels functionalized with gradients (0–5 mM) of peptides that mimic cell-cell or cell-matrix interactions, either as single or orthogonal gradients. Chondrogenesis varied spatially in these hydrogels based on the local biochemical formulation, as indicated by Sox9 and aggrecan expression levels. From 100 combinations investigated, discrete hydrogels are formulated and early gene expression and long-term cartilage-specific matrix production are assayed and found to be consistent with screening predictions. This platform is a scalable, high-throughput technique that enables the screening of the effects of multiple biochemical signals on 3D cell behavior. Tools to investigate a wide range of 3D microenvironmental parameters are important for understanding and controlling cell fate. Here, the authors develop hydrogels with orthogonal biochemical gradients and use this screening system to identify microenvironments that induce mesenchymal stem cell chondrogenesis.
登录
查看更多内容
影响因子：
14
作者：
Gramlich, William M.;Kim, Iris L.;Burdick, Jason A.
通讯作者：
Burdick, Jason A.
DOI：
10.1073/pnas.1214100110
发表时间：
2013-06-18
影响因子：
11.1
作者：
Bian, Liming;Guvendiren, Murat;Burdick, Jason A.
通讯作者：
Burdick, Jason A.
影响因子：
14
作者：
Kim, Iris L.;Mauck, Robert L.;Burdick, Jason A.
通讯作者：
Burdick, Jason A.
影响因子：
41.2
作者：
Khetan S;Guvendiren M;Legant WR;Cohen DM;Chen CS;Burdick JA
通讯作者：
Burdick JA
影响因子：
14
作者：
Lee, Soo-Hong;Moon, James J.;West, Jennifer L.
通讯作者：
West, Jennifer L.