在人体眼中，视网膜色素上皮细胞与感光细胞之间存在着密切的物理相互作用，这对于维持视网膜的健康和功能至关重要。然而，现有的体外细胞培养系统难以真实地重建这一关键的RPE-视网膜界面，特别是无法模拟RPE顶侧与感光细胞外节之间相互交联的精细结构。这一技术空白限制了科学家对RPE如何维持视网膜功能、特别是在其核心生理过程——每日吞噬并更新感光细胞外节老化尖端——中的生物力学机制进行深入研究。因此，开发一种能够模拟RPE-视网膜物理界面、并允许量化研究两者间力学相互作用的体外模型，成为该领域亟待解决的关键问题。
基于以上问题，芬兰坦佩雷大学研究团队Teemu O. Ihalainen、Soile Nymark教授团队开发出一种仿生水凝胶平台，成功模拟了视网膜色素上皮细胞与感光细胞之间的物理相互作用，首次证实RPE细胞在吞噬感光细胞外节过程中会产生显著的牵引力，相关成果以《Biomimetic hydrogel platform reveals active force transduction from retinal pigment epithelium to photoreceptors》为题，发表在《Acta Biomaterialia》期刊上。
图1：RPE-水凝胶相互作用示意图
制备方案：
聚丙烯酰胺水凝胶的构建：将丙烯酰胺和双丙烯酰胺按10%和0.03%的比例在PBS中混合，真空脱气后加入0.2% TEMED和1%过硫酸铵引发聚合。将混合液滴加在塑料细胞培养皿盖上，盖上更小尺寸的培养皿盖，室温聚合20分钟。聚合后用打孔器将水凝胶切割成直径6mm的圆片，以适应24孔细胞培养insert。
水凝胶表面功能化：将水凝胶在2 mg/mL L-DOPA中避光孵育30分钟，PBS洗涤两次。然后用0.1 mg/mL Matrigel孵育1小时，PBS洗涤一次。使用前用紫外光灭菌15分钟。
文章亮点：
第一，成功构建了可模拟RPE-视网膜界面机械特性的仿生水凝胶平台。研究选用弹性模量为2.8 kPa的聚丙烯酰胺水凝胶（模拟感光细胞层刚度），通过L-DOPA介导的Matrigel涂层模拟光感受器间基质。该平台首次实现了RPE细胞顶侧与仿生材料的物理相互作用建模。
第二，验证了水凝胶对RPE细胞形态和功能的兼容性。免疫荧光染色显示，与水凝胶共培养的RPE细胞正常表达Na⁺/K⁺-ATPase、CRALBP、Claudin-19、Bestrophin、ZO-1、Ezrin等特征性标志物，VEGF分泌呈现正常的基底侧优势极性和时间依赖性增加。
第三，量化了RPE与仿生视网膜之间的粘附力。通过流变学粘附测试测得RPE-水凝胶最大粘附力约50±10 mN（相当于1700±400 pN/μm²），粘附能约11.2±4.9 μJ/cm²。证实粘附依赖于完整的肌动蛋白细胞骨架。
第四，证实RPE细胞能向顶端水凝胶传递牵引力。牵引力显微镜分析显示，RPE细胞产生平均430±180 Pa（pN/μm²）的侧向应力。细胞松弛素D处理后牵引应力显著降低，证明力的产生源于RPE细胞的肌动蛋白骨架收缩性。
第五，揭示了RPE在感光细胞外节吞噬过程中主动产生并聚焦物理力。将POS颗粒嵌入水凝胶表面后，RPE细胞在POS附近产生显著的牵引应力，显著高于无POS区域。细胞松弛素D处理后牵引应力降低。该发现突破了RPE被动清除脱落POS的传统观点，支持RPE作为机械活动参与者的新认知。
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2025.09.002
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