机械信号
从细胞外环境对细胞命运有显著影响，可以指导干细胞分化、细胞增殖、肿瘤进展和细胞骨架重塑。然而，当前研究面临的主要挑战是缺乏一种简单且可逆的方法，用于动态调整细胞培养环境的机械性能，以研究机械影响如何影响细胞，并理解机械转导和细胞外基质动力学的复杂性。
因此，开发
一种能够容易且可逆地调节细胞环境至任何机械状态的技术
至关重要。
针对此问题，来自
海德堡大学
的
Christine Selhuber-Unkel
团队研究了
一种通过聚乙二醇（PEG）与聚合物水凝胶的相互作用来动态可逆调控水凝胶粘弹性的新方法
。相关研究以
“Dynamic and Reversible Tuning of Hydrogel Viscoelasticity by Transient Polymer Interactions for Controlling Cell Adhesion”
为题发表在
《Advanced Materials》
上。
这是一篇关于通过PEG与聚合物水凝胶的相互作用动态可逆调控水凝胶粘弹性的学术论文。该论文介绍了一种新颖的方法，通过改变细胞培养环境中PEG的浓度来动态调整聚合物水凝胶的粘弹性，从而影响细胞粘附和细胞骨架组织。
以下是对本研究创新点的简要概述：
（1）动态可逆调控水凝胶粘弹性：
开发了一种新颖的方法，通过改变聚乙二醇（PEG）的浓度来动态和可逆地调控聚合物水凝胶的粘弹性。这种方法不需要复杂的化学修饰，成本低且操作简便。
（2）氢键作用机制：
提出并验证了PEG与水凝胶聚合物之间的氢键作用是导致水凝胶刚度增加的主要原因。这种动态的氢键形成和解离允许水凝胶机械性能的动态可逆调整。
（3）广泛的应用前景：
该方法不仅适用于藻酸盐水凝胶，还可以扩展到其他类型的聚合物水凝胶，为机械生物学、生物医学和生命科学中的应用提供了新的策略和工具。
这篇文章为动态调控聚合物水凝胶的粘弹性提供了一种新颖、简单且可逆的方法，通过PEG与聚合物水凝胶的相互作用，实现了细胞培养环境机械性能的灵活调整，为相关领域的研究提供了新的工具和视角。
1. PEG介导的水凝胶动态粘弹性调控
本论文介绍了一种通过聚乙二醇（PEG）与聚合物水凝胶的相互作用来动态可逆调控水凝胶粘弹性的新方法。
PEG通过氢键与水凝胶聚合物相互作用，导致水凝胶刚度增加。通过动态改变细胞培养基中PEG的浓度，可以在几天内调整水凝胶的粘弹性，从而影响细胞粘附和细胞骨架组织。这种方法简单且成本低，为机械生物学、生物医学和生命科学中的应用提供了新的策略和工具。
图1 PEG介导的藻酸盐凝胶动态粘弹性调控示意图
2. 细胞粘附和骨架组织的动态调控
本论文研究了通过动态调控水凝胶粘弹性来影响细胞粘附和骨架组织的方法。
研究显示，通过改变聚乙二醇（PEG）的浓度，可以动态调整藻酸盐水凝胶的机械性能，进而影响细胞的粘附和形态。在PEG存在下，水凝胶刚度增加，导致细胞形态从球形变为伸展状；而当PEG被移除后，细胞形态逐渐恢复为球形。这种动态调控方法为研究细胞机械转导和细胞外基质动力学提供了新的工具。
图2 动态PEG浓度调控对细胞粘附的影响
3. 氢键在PEG-水凝胶相互作用中的作用
本论文探讨了氢键在聚乙二醇（PEG）与水凝胶相互作用中的作用。
研究结果表明，PEG通过氢键与水凝胶聚合物相互作用，导致水凝胶刚度增加。这种氢键作用是动态的，可以在生理温度下形成和解离，从而实现水凝胶机械性能的动态可逆调整。通过改变PEG浓度，可以调控水凝胶的粘弹性，进而影响细胞行为。这种基于氢键相互作用
的调控方法为机械生物学和生物医学研究提供了新的策略。
图3 不同分子量PEG对藻酸盐凝胶机械性能的影响
4. 动态调控水凝胶粘弹性对细胞行为的影响
本论文研究了动态调控水凝胶粘弹性对细胞行为的影响。
通过改变聚乙二醇（PEG）的浓度，研究发现水凝胶的粘弹性可以动态调整，进而影响细胞的粘附和形态。在PEG存在下，水凝胶刚度增加，导致细胞形态从球形变为伸展状；而当PEG被移除后，细胞形态逐渐恢复为球形。此外，研究还表明，这种动态调控方法对细胞的存活率和行为影响较小，为研究细胞机械转导和细胞外基质动力学提供了新的工具。
图4 动态PEG氢键和不同底物条件下细胞的附着和形态
5. 水凝胶机械性能的动态可逆调整
本论文提出了一种动态可逆调整水凝胶机械性能的方法。
通过聚乙二醇（PEG）与水凝胶聚合物的相互作用，可以动态改变水凝胶的粘弹性。具体而言，通过增加PEG浓度，水凝胶的刚度增加；而减少或移除PEG后，水凝胶的刚度降低。这种动态可逆调整方法简单且成本低，为研究细胞机械转导和细胞外基质动力学提供了新的策略和工具。
图5 动态改变PEG浓度对藻酸盐凝胶粘弹性的影响
综上所述，本论文提出了
一种通过聚乙二醇（PEG）与聚合物水凝胶的相互作用来动态可逆调控水凝胶粘弹性的新方法
。这种方法通过改变PEG浓度来调整水凝胶的机械性能，从而影响细胞粘附和细胞骨架组织，且该过程是可逆的。研究表明，PEG与水凝胶聚合物之间的氢键作用是导致水凝胶刚度增加的主要原因。这一创新方法为机械生物学、生物医学和生命科学中的应用提供了新的策略和工具。
这种
动态可逆调控水凝胶
粘弹性的方法有望在组织工程、药物筛选和细胞力学研究中得到广泛应用。通过进一步优化PEG与其他聚合物水凝胶的相互作用，有望开发出更多功能化的生物材料，为理解细胞机械转导和细胞外基质动力学提供新的视角。此外，这种方法在长期细胞培养和器官培养中的应用前景也值得期待。
参考资料：
https://doi.org/10.1002/adma.202408616
来源：
EngineeringForLife
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