刚度和降解性对三维水凝胶支架中心脏成纤维细胞收缩能力及细胞外基质分泌的影响

《ACS Biomaterials Science & Engineering》：Effects of Stiffness and Degradability on Cardiac Fibroblast Contractility and Extracellular Matrix Secretion in Three-Dimensional Hydrogel Scaffolds

心脏纤维化源于成纤维细胞持续激活及细胞外基质力学与促炎因子TGF-β的交互作用，3D水凝胶模型可更真实模拟体内环境。研究发现软可降解水凝胶中成纤维细胞体积更大、收缩性更强且分泌更多ECM，添加TGF-β后效应更显著，但α-SMA应力纤维未检出，提示需结合其他表型标记评估3D模型中的成纤维细胞激活。

　　

心脏纤维化是由于心脏成纤维细胞持续激活引起的，其发生过程在很大程度上依赖于细胞外基质力学特性与促炎细胞因子之间的相互作用。利用体外疾病模型研究这种相互作用对于开发治疗心脏纤维化的策略具有重要意义。然而，目前用于量化心肌成纤维细胞激活程度的指标主要依赖于α-SMA应力纤维的存在，这种方法在二维（2D）培养系统中效果良好，但在三维（3D）细胞支架中并不适用。在本研究中，我们探讨了心肌成纤维细胞的两个表型特征——收缩能力和细胞外基质分泌——与3D基质硬度和TGF-β（一种促炎细胞因子）浓度之间的关联。封装在柔软且可降解的水凝胶中的心脏成纤维细胞体积更大、收缩能力更强，并且分泌更多的细胞外基质；而封装在坚硬或不可降解水凝胶中的细胞则不具备这些特性。向柔软的可降解水凝胶中添加TGF-β后，细胞的体积、收缩能力和细胞外基质分泌量均有所增加，表明心肌成纤维细胞被激活。此外，虽然α-SMA的含量有所上升，但并未检测到α-SMA应力纤维。这些结果强调了3D水凝胶的局部可降解性对细胞收缩能力和细胞外基质重塑的重要性，同时也提示可以借助其他表型标志物来进一步研究3D细胞支架中的心肌成纤维细胞激活情况。