El destino de la diferenciación de la célula de vástago en un linaje específico de células y la proliferación a largo plazo de células madre, células especialmente humanas pluripotentes inducidas (iPS) y las células madre embrionarias humanas (ES), se sabe para ser regulados por inhibidores de factores de crecimiento, y / o pequeñas moléculas bioactivas en medios de cultivo. Recientemente, han sido reconocidas las señales físicas de los biomateriales, particularmente la rigidez de biomateriales de la cultura de célula, a ser un factor importante que guía el destino de la célula de vástago proliferación y diferenciación1,2, 3,4,5,6. Por lo tanto, varios investigadores han comenzado a investigar el destino de las células madre, que se cultivan en hidrogeles, en diferenciación, principalmente utilizando hidrogeles de poliacrilamida con rigidez variable.
La rigidez de los biomateriales puede controlar adherencias focales, morfología celular, fenotipo de la célula y adherencia de la célula de vástago, sobre todo en dos dimensiones (2D) cultivo1,2,3,5. Mecano-detección de biomateriales las células madre generalmente es controlada por adherencia focal señalización vía receptores de integrina. NMMIIA, miosina UROLOGICAL contractilidad IIA dependen del citoesqueleto de actina juega un papel fundamental en el proceso de mechanosensing de células madre en células de 2-D cultivo sistemas3,4,5, 7,8,9,10,11.
ENGLER y sus colegas desarrollaron un interesante concepto que las células madre adultas, como la médula ósea (BMS) células cultivadas en biomateriales de cultura de célula con una rigidez similar a la de tejidos específicos, tienden a diferenciarse en células que se originaron de tejidos específicos5. Se incubaron las células BMS en hidrogeles de poliacrilamida suave 2-D con colágeno de tipo I (con una rigidez comparable a la de tejidos de cerebro) en medios de expansión espontáneamente fueron inducidos a diferenciarse en linajes tempranos de neurona, mientras que las células BMS cultivan en hidrogeles con una rigidez similar a la del músculo o los tejidos de colágeno del hueso se encontraron para inducir la diferenciación en linajes tempranos de miocitos y osteoblastos, respectivamente, en los hidrogeles de poliacrilamida 2-D3,5. Muchos investigadores han investigado el destino de la célula de vástago de diferenciación cultivadas en poliacrilamida hidrogel inmovilizado con colágeno tipo I12,13,14,15,16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21. sin embargo, debe mencionarse que algunos contradictorios informes1,18,22,23,24 existen para la bien conocida idea sugerida por Engler et al. 5 se trata ya idea5 de Engler fue desarrollado exclusivamente en hidrogeles de poliacrilamida y sus resultados han originado de características específicas del biomaterial (poliacrilamida) y no únicamente de la localización física (rigidez) de el biomaterial. Por lo tanto, es importante desarrollar otro tipo de hidrogel, de que la rigidez puede ser controlada por reticulación de los hidrogeles. Para ello, se desarrollaron bioinert hidrogeles, que fueron preparados de ácido itacónico-co-alcohol polivinilo (P-IA) con una rigidez diferente, que estaba controlada por el grado de reticulación con un cambiante reticulación tiempo25, 26 , 27 , 28 , 29 , 30 , 31 , 32. las células madre puede ser cultivadas en hidrogeles P-IA nonmodified, como IA P hidrogeles injertados con matrices extracelulares (ECMs) y oligopéptidos. En un estudio anterior25, humanos las células madre hematopoyéticas (hHSCs) de cordón umbilical se cultivaron en P-IA hidrogeles con valores de rigidez diferentes que van desde un 3 kPa a 30 kPa módulo de almacenamiento donde fibronectina o un oligopéptido se deriva de fibronectina (CS1, EILDVPST) fue injertado en los hidrogeles de P-IA. Alto ex vivo doble expansión de hHSCs se observó en los hidrogeles de P-IA injertados con CS1 o fibronectina, que muestra una rigidez intermedia desde 12 kPa hasta 30 kPa25.
IPS humana y células madre embrionarias no pueden cultivarse en cultivo de tejidos convencionales poliestireno (TCP) platos33,34 porque ES humano y las células iPS requieren unión específica a ECMs, como vitronectina laminina mantener su pluripotencia durante el cultivo a largo plazo. Por lo tanto, varias estructuras de hidrogeles de P-IA oligopeptide-injertado con características de rigidez óptimo fueron diseñadas y preparadas en las formaciones de una sola cadena, una sola cadena con una serie de sesiones conjunta, una doble cadena con una serie de sesiones conjunta y un tipo ramificado cadena de32. Oligopeptide secuencias fueron seleccionadas de dominios de unión de la integrina y la glycosaminoglycan de ECMs. Los hidrogeles de P-IA injertados con oligopéptidos derivados de vitronectina con una doble cadena o serie de sesiones conjunta, que tienen un módulo de almacenamiento en aproximadamente 25 kPa, apoya la cultura a largo plazo ES humano y las células iPS para más de 12 pasajes gratis xeno y química condiciones definidas de32. La serie de sesiones conjunta y doble cadena con moléculas de adhesión celular en los hidrogeles facilitan la proliferación y células de pluripotencia de humano ES e iPS32. Aquí, un protocolo para la preparación de hidrogeles P-IA (con un módulo de almacenamiento de 10 kPa a 30 kPa, que se midió bajo condiciones de humedad en el aire) injertadas con y sin oligopéptidos o ECMs se describe. Se muestra cómo la cultura y paso varias células (incluyendo las células madre del líquido amnióticas, células madre procedentes de adiposo, células madre embrionarias humanas y las células iPS humanas).