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  細胞外基質（ECM）不僅提供結構和生化支持，更通過動態(tài)的力學屬性深刻影響細胞行為。ECM 的剛度變化可調控細胞黏附、遷移、增殖和分化，尤其對間充質干細胞（MSCs）等具有關鍵意義：較硬基質促進成骨分化，而較軟環(huán)境則有利于神經分化。異常ECM 力學狀態(tài)還與腫瘤、纖維化及心血管疾病等病理過程密切相關，使力學生物學成為快速發(fā)展的研究方向。然而，細胞如何感知和整合動態(tài)機械信號仍不完全明確，因此構建能夠模擬ECM 且具可逆剛度調控能力的材料至關重要。

  2025年12月5日，相關成果以“Photo-Responsive Peptide Hydrogels with Tunable Stiffness via Water Switching for Cell Fate Regulation”為題發(fā)表于學術期刊Advanced Functional Materials上。論文第一作者為2023級博士生吳征，通訊作者為管君副教授和尹梅貞教授。該研究獲國家自然科學基金資助。

摘要圖：光響應短肽凝膠通過水合作用實現(xiàn)模量可逆調控

  研究團隊以人軟骨基質在站立和蹲下軟骨基質模量調控行為為仿生原型，提出一種系統(tǒng)性的仿生光響應水合凝膠框架：首先，研究者將螺吡喃（SP）單元引入基于 DFYD 的肽中，構筑形成共組裝網絡的水凝膠，且其臨界成膠濃度低至 0.2 wt.% 。在呈兩性離子形式的、開環(huán)的merocyanine（MC）狀態(tài)下，凝膠能夠保持更多水分，因此表現(xiàn)為柔軟態(tài)。可見光照射下，MC/SP 的異構化降低了分子的極性，使凝膠排出部分水分，從而提升其剛度。該類水凝膠在兩種狀態(tài)下均表現(xiàn)出優(yōu)良的生物相容性，并可通過光控剛度調節(jié)顯著促進細胞增殖與分化。本研究為構建用于再生治療的智能水凝膠提供了一條新的策略途徑。

圖1.a) 示意圖：人軟骨 ECM 在靜息與行走活動中，其剛度隨機械環(huán)境變化的調節(jié)機制。b) 通過引入螺吡喃作為光響應“水開關”的動態(tài) ECM 模擬肽水凝膠示意。c) 光控制的水凝膠剛度調節(jié)可促進細胞的增殖與分化。

圖2. (a–e) 不同肽比例（a）2:8、(b) 4:6、(c) 5:5、(d) 6:4、(e) 8:2 條件下，MC-Gel 與 SP-Gel 在光照作用下的儲能模量（G′）變化。(f) 三次重復實驗所得不同肽比例下模量變化量（ΔG′）的平均值及比例分析。(g) 5:5 體系在三輪可見光 / 紫外光循環(huán)中的可逆剛度切換行為。(h) 未光照前不同比例 MC-Gels 的 G′ 隨時間穩(wěn)定性。(i) 光照后不同比例 SP-Gels 的 G′ 隨時間穩(wěn)定性。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202526641