In silico optimization of heparin microislands in microporous annealed particle hydrogel for endothelial cell migration.
In silico optimization of heparin microislands in microporous annealed particle hydrogel for endothelial cell migration.
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DOI：
10.1016/j.actbio.2022.05.049
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发表时间：
2022-08
影响因子：
9.7
通讯作者：
Griffin, Donald R.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Pruett, Lauren J.;Taing, Alex L.;Singh, Neharika S.;Peirce, Shayn M.;Griffin, Donald R.
能够产生生长因子梯度的生物材料已经显示出在引导组织再生方面的成功，因为生长因子梯度是细胞迁移的生理驱动力。特别重要的是，关注促进内皮细胞迁移对于血管生成和新组织形成至关重要。微孔退火颗粒（MAP）支架代表了再生生物材料研究领域的一个独特的利基，作为一种可注射的生物材料，具有开放的孔隙率，允许细胞自由迁移，不受材料降解的影响。最近，我们已经使用MAP平台异质地包括空间隔离的肝素修饰的微凝胶（肝素微岛），其可以隔离生长因子并引导细胞迁移。在体外发芽血管生成试验中，我们观察到肝素微岛百分比与细胞迁移之间的抛物线关系，其中10%肝素微岛与1%和100%相比具有更多的内皮细胞迁移。由于测试的肝素微岛比率的数量较低，我们假设微凝胶之间的间距可以进一步优化。我们认为，这一挑战代表了使用计算建模的机会，而不是使用既昂贵又耗时的纯经验方法。在这里，我们提出了第一个基于代理的MAP支架模型，以优化肝素微岛的比例。具体来说，我们开发了一个二维模型的混合自动机库（HAL）的内皮细胞迁移内的独特的MAP支架几何形状。最后，我们介绍了我们的模型如何在体外准确预测细胞迁移趋势，这些研究提供了关于如何使用计算建模来设计基于颗粒的生物材料的见解。
Biomaterials capable of generating growth factor gradients have shown success in guiding tissue regeneration, as growth factor gradients are a physiologic driver of cell migration. Of particular importance, a focus on promoting endothelial cell migration is vital to angiogenesis and new tissue formation. Microporous Annealed Particle (MAP) scaffolds represent a unique niche in the field of regenerative biomaterials research as an injectable biomaterial with an open porosity that allows cells to freely migrate independent of material degradation. Recently, we have used the MAP platform to heterogeneously include spatially isolated heparin-modified microgels (heparin microislands) which can sequester growth factors and guide cell migration. In in vitro sprouting angiogenesis assays, we observed a parabolic relationship between the percentage of heparin microislands and cell migration, where 10% heparin microislands had more endothelial cell migration compared to 1% and 100%. Due to the low number of heparin microisland ratios tested, we hypothesize the spacing between microgels can be further optimized. Rather than use purely empirical methods, which are both expensive and time intensive, we believe this challenge represents an opportunity to use computational modeling. Here we present the first agent-based model of a MAP scaffold to optimize the ratio of heparin microislands. Specifically, we develop a two-dimensional model in Hybrid Automata Library (HAL) of endothelial cell migration within the unique MAP scaffold geometry. Finally, we present how our model can accurately predict cell migration trends in vitro, and these studies provide insight on how computational modeling can be used to design particle-based biomaterials.
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影响因子：
14
作者：
Mehdizadeh, Hamidreza;Sumo, Sami;Cinar, Ali
通讯作者：
Cinar, Ali
影响因子：
9.7
作者：
Nie, Ting;Akins, Robert E., Jr.;Kiick, Kristi L.
通讯作者：
Kiick, Kristi L.
影响因子：
14
作者：
Akar, Banu;Jiang, Bin;Brey, Eric M.
通讯作者：
Brey, Eric M.
DOI：
10.1038/s41578-019-0148-6
发表时间：
2020-01
期刊：
Nature reviews. Materials
影响因子：
--
作者：
Daly AC;Riley L;Segura T;Burdick JA
通讯作者：
Burdick JA
影响因子：
9.7
作者：
Liang, Yingkai;Kiick, Kristi L.
通讯作者：
Kiick, Kristi L.