Nature:力学生物学水凝胶工程

细胞力学环境的重要性：

细胞的力学环境与生化信号一样，对细胞行为和疾病发展有重要影响。

水凝胶可以模拟天然ECM，为细胞提供力学线索，用于研究和再生医学。

图1.工程水凝胶复制了原生组织的ECM和机械信号。

水凝胶的设计：

水凝胶的力学和生物特性可以通过选择适当的交联化学和策略来定制。

水凝胶可以用于研究细胞行为，并在体外创建用于再生医学的组织。

水凝胶材料类型：

水凝胶可以由天然聚合物、合成聚合物或两者的混合设计制成。

天然水凝胶具有生物活性，但批次间差异大，且力学特性有限。

合成水凝胶提供了更广泛的力学特性调整范围，但需要添加生物活性基团。

图2.不同类型水凝胶概述。

生物活性线索的整合：

合成水凝胶可以通过添加细胞识别的生物活性基团，如模拟整合素结合域的肽序列，来增强其生物活性。

交联策略：

水凝胶的形成依赖于聚合物材料在水存在下的交联，以形成水合网络。

交联方法包括共价交联、动态共价交联和物理交联。

水凝胶的力学特性：

水凝胶的刚度可以通过改变聚合物浓度或交联密度来调节。

力学特性包括弹性模量、应力松弛行为和非线性弹性。

水凝胶的表征技术：

包括评估水凝胶的膨胀行为、网格大小、力学特性等。

图3.水凝胶物理性能的测量。

细胞在水凝胶中的分析：

描述了如何在水凝胶中分析细胞行为，包括活细胞成像、染色和分子分析。

图4.水凝胶中细胞的分析。

水凝胶的应用：

水凝胶在干细胞分化、组织工程和疾病模型中的应用。

特别强调了水凝胶在再生疗法和人类疾病模型中的重要性。

图5.水凝胶:通过参与机械转导途径指导干细胞的命运。

图6.水凝胶在再生医学、有机体及免疫细胞活化中的应用。

水凝胶技术的局限性和未来展望：

讨论了当前水凝胶技术的限制，如模拟ECM的复杂性、细胞尺度结构的控制等。

展望了新兴技术如何促进对力学生物学及其在组织稳态和疾病中作用的新见解

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