在水凝膠中引入大孔隙以形成大孔水凝膠(MPH),能夠支持所負(fù)載細(xì)胞的球形生長(zhǎng)并增強(qiáng)其活力和生物功能。但是現(xiàn)有MPH主要通過(guò)模板法、冷凍法和氣體發(fā)泡法等途徑形成,這會(huì)帶來(lái)兩個(gè)問(wèn)題:一、孔隙形成過(guò)程不具有細(xì)胞相容性;二、水凝膠的可注射性和孔隙連通性較差,因此無(wú)法滿(mǎn)足3D細(xì)胞球培養(yǎng)等生物醫(yī)學(xué)用途的需求。凝聚作用是指均質(zhì)生物大分子(如蛋白質(zhì)和核酸)溶液通過(guò)液-液相分離形成富含大分子的濃縮相(稱(chēng)為凝聚層)和不含大分子的稀釋相的過(guò)程,它在精確構(gòu)筑傳統(tǒng)方法難以制備的微結(jié)構(gòu)生物材料上極具前景。
近日,安徽大學(xué)青年教師楊雪峰博士和華南理工大學(xué)邊黎明教授團(tuán)隊(duì)在利用超分子體系的凝聚作用構(gòu)建MPH方面取得了新進(jìn)展。在該工作中,作者首先設(shè)計(jì)了三種組裝砌塊:(Ⅰ)蒽二聚體封端八臂聚乙二醇(PEG8-dimer),(Ⅱ)醛基修飾γ-環(huán)糊精(γCD-CHO)和(Ⅲ)聚乙烯醇接枝碳酰肼(PVA-CDH)。隨后,三種組裝砌塊的濃溶液可以通過(guò)γCD/蒽二聚體主客體作用和腙鍵串聯(lián)連接作用,形成具有液體行為的超分子組裝物(SA)。當(dāng)SA暴露在生理介質(zhì)中的數(shù)小時(shí)內(nèi),會(huì)因?yàn)槟圩饔眯纬啥嗫啄蹖,?/span>4天后又會(huì)進(jìn)一步進(jìn)化為孔徑為~100 μm的MPH(圖1)。由于蒽二聚體自帶藍(lán)色熒光,作者利用激光共聚焦顯微鏡對(duì)其形成過(guò)程進(jìn)行了跟蹤,并通過(guò)重建的三維熒光圖像揭示了MPH的互相貫穿性大孔結(jié)構(gòu)。此外作者還證實(shí),SA的凝聚行為和所形成MPH的孔隙形貌可以通過(guò)調(diào)節(jié)聚合物濃度、腙鍵密度、主客體對(duì)密度和聚合物親水性等參數(shù)進(jìn)行靈活調(diào)控。
圖1. 基于γCD/蒽二聚體主客體作用的超分子組裝物通過(guò)凝聚作用形成大孔水凝膠的示意圖。
圖2. 具有自進(jìn)化大孔結(jié)構(gòu)的MPH能夠促進(jìn)干細(xì)胞的成球化生長(zhǎng)及其相關(guān)生物學(xué)功能。
原文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202300636
作者簡(jiǎn)介
邊黎明教授2021年獲聘教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授,入職華南理工大學(xué)生物醫(yī)學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院,現(xiàn)任學(xué)院副院長(zhǎng)。邊教授長(zhǎng)期致力于發(fā)展先進(jìn)納米材料與水凝膠材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用,并且逐漸建立了從基礎(chǔ)材料學(xué),生物醫(yī)學(xué)研究到醫(yī)療應(yīng)用研究的多方向的深度研究。邊教授團(tuán)隊(duì)近期在國(guó)際高水平學(xué)術(shù)期刊上發(fā)表論文數(shù)十篇,相關(guān)詳細(xì)內(nèi)容可查閱邊教授實(shí)驗(yàn)室網(wǎng)站:https://www.x-mol.com/groups/bian_lab
楊雪峰博士為安徽大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院高層次引進(jìn)人才,碩士生導(dǎo)師,主要從事再生醫(yī)學(xué)用生物材料研究,2006-2013年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué)高分子系(導(dǎo)師:丁運(yùn)生教授),2017年于武漢大學(xué)高分子系獲得博士學(xué)位(導(dǎo)師:張俐娜院士),2018-2021年于香港中文大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系從事博士后研究(合作導(dǎo)師:邊黎明教授),近年在Advanced Materials, Advanced Functional Materials, Carbohydrate Polymers等期刊發(fā)表論文10余篇。
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