Integrin organization: linking adhesion ligand nanopatterns with altered cell responses.
Integrin organization: linking adhesion ligand nanopatterns with altered cell responses.
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DOI：
10.1016/j.jtbi.2011.01.007
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发表时间：
2011-04-07
影响因子：
2
通讯作者：
Linderman, J. J.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Comisar, W. A.;Mooney, D. J.;Linderman, J. J.
整合素受体与细胞外基质上的粘附配体（例如精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸或含有 RGD 的肽）结合，并组织成介导许多细胞行为的高密度复合物。将 RGD 纳米图案化为多价“岛”（直径约 30-70 nm）的生物材料已被证明可以改变细胞反应，尽管图案特征的长度尺度比粘附复合物小几个数量级。在这项工作中，我们首次共同使用了关于成骨细胞反应作为配体纳米图案函数的广泛数据集、整合素与配体纳米图案结合的计算模型以及细胞表面整合素组织的新测量方法。我们在多个长度尺度上量化了计算机中生成的整合素组织作为 RGD 纳米图案参数的函数。我们开发了一个相关模型，将计算机整合素组织和体外 MC3T3 前成骨细胞反应的这些测量值与相同 RGD 纳米图案的功能联系起来：细胞扩散与结合的整合素数量相关，粘着斑激酶 (FAK) 磷酸化与小的、均匀分布的整合素簇相关，成骨分化与大的、均匀分布的整合素簇相关。 heterogeneously distributed integrin clusters.这些发现强调了纳米级工程生物材料的重要性，并提出了理解整合素组织与细胞反应之间联系机制的新方法。
Integrin receptors bind to adhesion ligand (e.g. arginine-glycine-aspartic acid or RGD containing peptides) on extracellular matrix and organize into high-density complexes which mediate many cell behaviors. Biomaterials with RGD nanopatterned into multivalent “islands” (∼30-70 nm diameter) have been shown to alter cell responses, although the length scale of pattern features is orders of magnitude smaller than adhesion complexes. In this work, we employ together for the first time an extensive data set on osteoblast responses as a function of ligand nanopatterns, a computational model of integrin binding to ligand nanopatterns, and new measures of integrin organization on the cell surface. We quantify, at multiple length scales, integrin organization generated in silico as a function of RGD nanopattern parameters. We develop a correlative model relating these measures of in silico integrin organization and in vitro MC3T3 preosteoblast cell responses as functions of the same RGD nanopatterns: cell spreading correlates with the number of bound integrins, focal adhesion kinase (FAK) phosphorylation correlates with small, homogeneously distributed clusters of integrins, and osteogenic differentiation correlates with large, heterogeneously distributed integrin clusters. These findings highlight the significance of engineering biomaterials at the nanolevel and suggest new approaches to understanding the mechanisms linking integrin organization to cell responses.
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