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  胚胎干細胞（ESCs）具有在未分化狀態(tài)下自我更新和分化為所有類型成體細胞的能力，因此是細胞基礎(chǔ)研究的重要工具，也在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域具有巨大潛力。然而，現(xiàn)有的胚胎干細胞二維培養(yǎng)方式很難滿足在細胞的長期培養(yǎng)增殖中保持其未分化狀態(tài)和全能干性。而相比之下，三維細胞培養(yǎng)支架例如水凝膠，可以通過模擬細胞外基質(zhì)（ECM）的生物物理和生化特性，更好地支持細胞的長期增殖和干性保持。盡管現(xiàn)有的一些研究表明，柔軟且可降解的水凝膠更有利于胚胎干細胞的增殖，但很少有研究考察水凝膠基質(zhì)的結(jié)構(gòu)動力學(xué)對ESC行為的影響。

圖1. (a) GelCD水凝膠的動態(tài)主客體交聯(lián)結(jié)構(gòu)及GelMA水凝膠的共價交聯(lián)結(jié)構(gòu)示意圖；(b) GelCD水凝膠的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)可以動態(tài)適應(yīng)mESC細胞團生長的顯著體積膨脹，而GelMA水凝膠中的靜態(tài)致密的共價交聯(lián)限制了mESC細胞團的增大的示意圖。

  華南理工大學(xué)邊黎明教授團隊通過環(huán)糊精與明膠芳香殘基的主客體超分子相互作用，制備了一種基于明膠的細胞適應(yīng)性動態(tài)水凝膠體系（GelCD）（圖1）。與硬度和生物降解性均一致的共價交聯(lián)明膠水凝膠（GelMA）相比，GelCD水凝膠顯著促進了三維培養(yǎng)的小鼠胚胎干細胞（mESCs）的克隆擴增，并更好地保持了水凝膠中胚胎干細胞的干性（圖2）。此外，與傳統(tǒng)二維培養(yǎng)方法相比，在GelCD水凝膠中培養(yǎng)的mESCs也在長期培養(yǎng)期間更好地保持了干性（圖3）。在GelCD水凝膠中長時間培養(yǎng)兩個多月后，mESCs仍可保持其正常克隆形態(tài)以及完全分化能力。此外，抑制基質(zhì)金屬蛋白酶（MMP）介導(dǎo)的水凝膠降解并不影響GelCD水凝膠中mESC的克隆擴增，這表明GelCD水凝膠網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)在動力學(xué)在支持三維培養(yǎng)的mESC擴增中起著關(guān)鍵作用。 

這一發(fā)現(xiàn)強調(diào)了水凝膠三維網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)動力學(xué)能夠?qū)ε咛ジ杉毎麍F生長中發(fā)生的體積膨脹起關(guān)鍵的調(diào)節(jié)作用。該動態(tài)水凝膠是小鼠胚胎干細胞長期三維培養(yǎng)的極具潛力的新型培養(yǎng)系統(tǒng)。 

圖3. 在GelCD三維培養(yǎng)中的胚胎干細胞團與傳統(tǒng)二維培養(yǎng)中的胚胎干細胞團對比

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961222004422

  課題組主頁：https://www.x-mol.com/groups/bian_lab?lang=en