【科研摘要】

源自天然生物聚合物的水凝胶生物材料（例如纤维蛋白，胶原蛋白，脱细胞的细胞外基质）通常用于三维（ 3D）细胞培养和组织工程中。与基于合成聚合物的材料相比，天然材料可增强细胞相容性，基质重塑和生物整合。尽管具有这些优点， 但基于天然蛋白质的凝胶在可调性方面落后于合成替代品。 还没有建立一种以用户定义的，异质的方式选择性地调节这些网络的生化特性的方法，这些方法可以驱动封装的细胞功能。

最近 ， 华盛顿大学 Cole A. DeForest 教授 团队 报告了一种普遍化的策略，利用 光介导的肟连接共价修饰具有生物活性蛋白（包括生长因子）的天然水凝胶 。这种生物正交光官能化很容易适用 于基于掩模的掩模和激光扫描光刻图案，从而可以 对几乎任何基于天然蛋白质的生物材料中的蛋白质固定化进行全面的 4维（4D）控制 。这种多功能性为响应各向异性的环境信号，提供了探索和指导使用纯合成方法无法接近的晚期细胞命运的令人兴奋的机会。 相关论文以题为 Photopatterned biomolecule immobilization to guide three-dimensional cell fate in natural protein-based hydrogels 发表在《 Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 》上。

【主图】

图1 通过光介导的肟连接进行水凝胶修饰和光图案化。

图2 （ A）基于掩模的天然水凝胶平版 打印 图案。（B）固定的mCherry荧光亮度随光处理（λ=365 nm，10 mW cm -2 ，10分钟）后NPPOC-HNO-OSu标记浓度的变化。（C）固定在胶原蛋白I和纤维蛋白凝胶中的mCherry荧光亮度与紫外线照射时间的关系。（D）以任意2D模式将mCherry（红色）基于掩模的光刻图案转换成胶原I和纤维蛋白凝胶。（比例尺：50 µm。）

图3 胶原蛋白 I和纤维蛋白凝胶中mCherry-CHO的基于多光子的平版 打印 图案。

图4 胶原蛋白 I凝胶上的图案化细胞行为。

图5 纤维蛋白凝胶内的图案化的 Notch激活。

【小结】

研究人员介绍了一种强大 而通用的合成工作流程，可专门固定生物活性蛋白位点并在天然水凝胶生物材料中进行时空控制。 依靠与生物正交且与常见的光刻图案技术兼容的光介导的肟连接，可以用微米级分辨率以剂量依赖的方式并在存在活细胞的情况下控制凝胶功能化。在已经证明了3D细胞和类器官培养的现代主力的生物材料平台中实现4D生化可调谐性，预计这些方法将在探测和指导生物学功能以及工程化异质功能组织中找到巨大的用途。

参考文献： doi.org/10.1073/pnas.2014194118

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