O destino da diferenciação de células-tronco em uma linhagem específica de células e a longo prazo proliferação de células-tronco, células especialmente humano pluripotentes induzidas (iPS) e células-tronco embrionárias humanas (ES), é conhecido por ser reguladas por inibidores, fatores de crescimento, e / ou pequenas moléculas bioativas em meios de cultura. Recentemente, as pistas físicas dos biomateriais, particularmente a rigidez dos biomateriais de cultura de células, têm sido reconhecidas para ser um importante fator para orientar o destino das células-tronco proliferação e diferenciação1,2, 3,4,5,6. Portanto, vários pesquisadores começaram a investigar o destino das células-tronco, que são cultivadas em hidrogel, na diferenciação, principalmente usando hidrogel de poliacrilamida com variação de rigidez.
A rigidez dos biomateriais pode controlar aderências focais, morfologia celular, fenótipo celular e adesão de células-tronco, especialmente em duas dimensões (2D) cultivo1,2,3,5. Mechano-detecção de biomateriais por células-tronco é geralmente controlada pela adesão focal sinalização via receptores integrinas. NMMIIA, miosina nonmuscle contratilidade IIA-dependente do citoesqueleto de actina desempenha um papel crítico no processo de mechanosensing das células-tronco em 2-D célula cultivo sistemas3,4,5, 7,8,9,10,11.
Engler e seus colegas desenvolveram uma noção interessante que células-tronco adultas, como as células-tronco (BMS) medula óssea cultivadas em biomateriais de cultura de células com uma rigidez semelhante ao de tecidos específicos, tendem a se diferenciar em células originadas-se tecidos específicos5. Células BMS incubadas em hidrogel de poliacrilamida macio 2-D, revestido com colágeno tipo I (com uma rigidez comparável de tecidos cerebrais) em meios de expansão foram induzidas espontaneamente para diferenciar em linhagens de neurônio precoce, Considerando que as células BMS cultivadas na Hidrogel com uma rigidez semelhante do músculo ou tecidos ósseos colágenas foram encontrados para induzir a diferenciação em linhagens iniciais de miócitos e osteoblastos, respectivamente, em hidrogel de poliacrilamida de 2-D3,5. Muitos pesquisadores têm investigado o destino de células-tronco de diferenciação cultivadas na poliacrilamida hidrogel imobilizada com colágeno tipo I12,13,14,15,16 , 17 , 18 , 19 , 20 , 21. no entanto, deve-se mencionar que alguns contraditório relatórios1,18,22,23,24 existem para a conhecida ideia sugerida por Engler et al. 5 é porque ideia5 do Engler foi desenvolvido exclusivamente em hidrogel de poliacrilamida e seus resultados têm originado de características específicas do biomaterial (poliacrilamida) e não unicamente do cue físico (rigidez) de o biomaterial. Portanto, é importante desenvolver um outro tipo de hidrogel, dos quais a rigidez pode ser controlada por reticulação do hidrogel. Para este efeito, foram desenvolvidas bioinert hidrogel, que foram preparados de polivinil álcool-co-itacónico ácido (P-IA), com uma rigidez diferente, que foi controlada pelo grau de reticulação com uma mudança reticulação tempo25, 26 , 27 , 28 , 29 , 30 , 31 , 32. as células-tronco podem ser cultivadas em hidrogel de P-IA nonmodified, bem como P-IA hidrogel enxertado com matrizes extracelulares (ECMs) e oligopeptídeos. Em um estudo anterior25, hematopoiéticas células estaminais humanas (hHSCs) do sangue do cordão umbilical foram cultivadas sobre P-IA hidrogel com valores de rigidez diferentes que variam de um kPa 3 módulo de armazenamento 30 kPa onde fibronectina ou um oligopeptídeos derivados fibronectina (CS1, EILDVPST) foi enxertada o hidrogel P-IA. Alta ex vivo expansão dobra de hHSCs foi observada no hidrogel P-IA enxertado com CS1 ou fibronectina, que exibido um intermediário rigidez variando de 12 kPa a 30 kPa25.
IPS de humana e células ES não podem ser cultivadas na cultura de tecidos convencionais poliestireno (TCP) pratos33,34 porque ES humano e células iPS requerem ligação específica para ECMs, tais como vitronectina ou laminina para manter sua pluripotência durante a cultura a longo prazo. Portanto, várias estruturas de oligopeptídeos-enxertados P-IA hidrogel com características de rigidez ideal foram projetadas e preparadas em formações de uma cadeia única, uma única cadeia com um segmento comum, uma cadeia dupla com um segmento comum e um tipo ramificado Cadeia de32. Oligopeptídeos sequências foram selecionadas entre domínios de integrina e glicosaminoglicano-vinculação de ECMs. O hidrogel de P-IA enxertado com oligopeptídeos derivados vitronectina com uma dupla cadeia ou segmento comum, que tem um módulo de armazenamento em aproximadamente 25 kPa, com suporte a cultura a longo prazo do ES humano e células iPS para mais de 12 passagens sob livre de xeno e química condições definidas32. O segmento comum e corrente dupla com moléculas de adesão celular sobre o hidrogel facilitaram a proliferação e células de pluripotência humana ES e iPS32. Aqui, um protocolo para a preparação de P-IA hidrogel (com um módulo de armazenamento de 10 kPa a 30 kPa, que foi medido sob condições de chuva no ar) enxertadas com e sem oligopeptídeos ou ECMs é descrito. Como a cultura e a passagem de várias células-tronco (incluindo células tronco de líquido amniótico, células-tronco derivadas adiposo, células ES humanas e células iPS de humanos) é mostrado.