应力松弛速率可调的ECM及其对骨髓间充质干细胞成骨分化的影响

目的天然细胞外基质(ECM)通常表现出动态的力学性能,尤其是其黏弹性表现出时间依赖性响应行为,极大地影响了细胞命运。通过仿生构建弹性模量相同而应力松弛速率可调控的复合水凝胶作为ECM,可探究ECM的黏弹性力学线索影响骨髓间充质干细胞(MSCs)成骨分化行为的力学生物学机制。方法本工作通过调节仿生ECM中两种动态共价键,即硼酸酯键与亚胺键的相对比例,即可实现控制该ECM的弹性模量相同而应力松弛速率不同(设置不同ECM的半应力松弛时间在2~200 s),以此为工具来研究水凝胶的应力松弛速率对MSCs成骨分化行为的影响规律及机制。结果具有较快应力松弛速率的ECM,即当ECM的半应力松弛时间为10 s时,更有利于促进MSCs成骨分化行为。结论应力松弛速率可调的ECM,由于动态亚胺键与动态硼酸酯键的能量耗散速率不同,进而影响MSCs的细胞膜表面整合素聚集、肌动蛋白收缩以及细胞体积扩增,TRPV4激活和体积扩增之间的相互反馈控制了RUNX2的核定位,从而实现对MSCs的成骨分化调控。综上所述,本研究为构建基于动态共价键的黏弹性可调ECM提供了一种新策略,对于系统研究ECM物理特性影响干细胞命运的力学生物学机制具有重要的参考价值。