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【主圖導(dǎo)讀】

圖1 肽水凝膠（PGmatrix 和 PGmatrix-M）具有可調(diào)特性。

圖2 與傳統(tǒng)的 2D 方法相比，PGmatrix 水凝膠顯示出優(yōu)越的 hiPSC 維護(hù)。

圖3 ASC-hiPSCs 在 3D PGmatrix 水凝膠中長(zhǎng)期培養(yǎng)期間保持多能性。

圖4 與基于 3D PEG 的水凝膠相比，3D PGmatrix 水凝膠中的 hiPSC 顯示出優(yōu)異的特性。A) ASC-hiPSCs 在含有 mTESR1 (0.5 PG-mT) 的 3D PGmatrix (0.5%) 中比在含有 E8 培養(yǎng)基 (Mebiol-E8) 的 3D Mebiol 凝膠中生長(zhǎng)得更好。

示意圖1 3D PGmatrix 水凝膠中 hiPSC 生長(zhǎng)和多能性維持的擬議機(jī)制。

細(xì)胞通過(guò)分泌蛋白酶作為基質(zhì)降解酶和 ECM 蛋白來(lái)積極改變周圍的 3D 微環(huán)境。這些修飾通過(guò)細(xì)胞間接觸（E-鈣粘蛋白）和旁分泌信號(hào)分子促進(jìn)細(xì)胞遷移和信號(hào)傳導(dǎo)。除了可溶性因子信號(hào)外，來(lái)自細(xì)胞-基質(zhì)或細(xì)胞-細(xì)胞粘附的物理（機(jī)械強(qiáng)度）線索影響肌動(dòng)蛋白-肌球蛋白細(xì)胞骨架并通過(guò) Hippo 途徑發(fā)送信號(hào)，最終影響機(jī)械敏感 YAP/TAZ 基因的表達(dá)，以調(diào)節(jié)和維持 hiPSC 的增殖和多能性，以實(shí)現(xiàn) hiPSC 的長(zhǎng)期維持。GPCRs——G蛋白偶聯(lián)受體和RTKs——受體酪氨酸激酶。

圖5 PGmatrix-M 作為生物墨水的可印刷性和 hiPSCs 性能。A) PGmatrix-M 在不同濃度下的打印分辨率。B) i) 噴嘴尺寸、ii) 打印頭移動(dòng)速度和 iii) 打印壓力對(duì) PGmatrix-M bioink 可打印性的影響。C)不同圖案的生物打印 PGmatrix-M 結(jié)構(gòu) (3%)。比例尺。5 毫米。D)在 1.5% PGmatrix-M (1.5 PG-M) 中培養(yǎng)的 ASC-hiPSC 與在 0.5% PGmatrix (0.5 PG) 中培養(yǎng)的那些相比，在多能性相關(guān)基因中沒(méi)有表現(xiàn)出主要的表達(dá)模式差異。E) PGmatrix-M 構(gòu)建體在有或沒(méi)有 hiPSCs 的情況下保持穩(wěn)定至少 6 天（在第 6 天之前破壞構(gòu)建體以收集細(xì)胞以進(jìn)行進(jìn)一步分析）。

圖6 生物打印過(guò)程并未顯著影響封裝在 PGmatrix-M bioink 水凝膠中的 ASC-hiPSC 的生長(zhǎng)性能。

【總結(jié)】

用于高效生理形成 hiPSC 球體的最佳 3D 培養(yǎng)條件和可調(diào)通用肽水凝膠 (PGmatrix-M) 已開發(fā)，具有一致的細(xì)胞生長(zhǎng)（15-25 倍）和高于 95% 的高細(xì)胞活力和穩(wěn)定的遺傳完整性。在測(cè)試范圍內(nèi)，hiPSCs 的生長(zhǎng)性能與 PGmatrix 或 PGmatrix-M 的機(jī)械（即強(qiáng)度和粘度）和形態(tài)（即孔徑）特性顯著無(wú)關(guān)。PGmatrix 和 PGmatrix-M 都是用于自我更新細(xì)胞如 hiPSCs 3D 培養(yǎng)（單細(xì)胞或球體）和長(zhǎng)期維護(hù)的優(yōu)質(zhì)支架水凝膠；然而，PGmatrix-M 表現(xiàn)出大規(guī)模凝膠強(qiáng)度、高粘度和快速自愈動(dòng)力學(xué)，適用于通過(guò)移液或生物打印來(lái)生理形成 hiPSCs 球體，無(wú)需光、化學(xué)或離子交聯(lián)劑。擠出生物打印后 hiPSC 的存活率為 96%，細(xì)胞活力在 0 和 24 小時(shí)時(shí)高于 94%，這表明 PGmatrix-M 在打印過(guò)程中為 hiPSC 提供了最大的保護(hù)。PGmatrix-M 具有 hiPSC 的潛力，可用于下游應(yīng)用的工業(yè)規(guī)模單細(xì)胞或球體制造。該研究表明，細(xì)胞的凝膠降解能力強(qiáng)烈有利于 hiPSC 的生長(zhǎng)性能，推測(cè)這種關(guān)系與 Hippo 信號(hào)通路和機(jī)械敏感性 YAP/TAZ 通路有關(guān)。肽水凝膠是 PGmatrix 還是 PGmatrix-M 提供的化學(xué)或生物線索也可歸因于 hiPSC 的生長(zhǎng)仍有待研究。

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