抗蛋白超疏水铝网生物界面引导形貌导向的神经干细胞类球体形成

《Colloids and Surfaces B: Biointerfaces》：Protein-repellent superhydrophobic aluminum mesh biointerfaces direct topography-guided neural stem cell spheroid formation

【字体：大中小】 时间：2026年10月24日 来源：Colloids and Surfaces B: Biointerfaces 5.6

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　　 •超疏水金属网引导地形驱动的神经干细胞自组装。•抗蛋白界面支持均匀且可重复的神经球体形成。•超疏水金属网调控三维组织和神经成熟引言培养界面的物理和化学性质强烈影响细胞行为，并越来越多地被公认为三维（3D）培养结果的重要决定因素 [1]、[2]、[3]。在三维培养平台中，多细胞

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超疏水金属网引导地形驱动的神经干细胞自组装。
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抗蛋白界面支持均匀且可重复的神经球体形成。
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超疏水金属网调控三维组织和神经成熟

引言

培养界面的物理和化学性质强烈影响细胞行为，并越来越多地被公认为三维（3D）培养结果的重要决定因素 [1]、[2]、[3]。在三维培养平台中，多细胞球体组装的效率和可重复性受界面润湿、蛋白质吸附和空间约束的强烈影响 [4]、[5]。虽然传统的低粘附表面，如水凝胶涂层和超低粘附（ULA）板，能有效减少污垢沉积，但它们通常提供平坦或封闭孔的几何结构，限制了物质运输，并缺乏空间定义的细胞约束所需的地形引导线索 [6]、[7]、[8]。疏水和超疏水表面也已作为球体形成的替代平台进行了探索，通过最小化细胞与底层基底的直接接触。几种方法，包括超疏水基底、悬挂液滴系统和表面改性的纸质平台，都证明了限制液固接触和细胞-基底接触可以促进细胞自发聚集和三维球体形成 [9]、[10]、[11]、[12]、[13]。以往的研究也较广泛地讨论了将液斥表面应用于三维球体培养 [14]。然而，这些方法主要集中在基于液滴或表面排斥驱动的球体形成上，而开放的重复网状微地形作为空间引导细胞聚集和球体形成的物理线索的贡献，相比之下受到了较少的关注。

金属网由于其高度有序的致孔微地形，促进了无障碍的营养物质扩散，并提供重复的空间隔室，因此是一种有吸引力的替代方案 [15]、[16]。然而，原始金属会迅速被血清蛋白污染，导致细胞粘附不均匀 [17]、[18]、[19]。超疏水表面工程减少了有效的固液接触面积，从而抑制了稳定的润湿、蛋白质吸附和生物污垢沉积 [20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]。然而，这些超疏水金属微地形如何物理引导细胞重分布以及影响早期三维组装期间的转录组重编程仍然是一个活跃的研究领域 [23]、[26]、[27]。

在本研究中，我们设计了一种具有分级粗糙度和氟化十七氟-1,1,2,2-四氢癸基三氯硅烷（HDFS）涂层的铝网，以产生抗蛋白的超疏水生物界面。我们假设修改后的网在常规灭菌后会保持低粘附润湿状态，减少暴露丝上的蛋白质积累，并将悬浮物重新分配到网约束的液相区域。选择小鼠神经干细胞（mNSCs）作为模型系统，因为它们的三维组织对细胞-表面和细胞-细胞相互作用都非常敏感 [28]、[29]。在这些条件下，小鼠神经干细胞预计主要通过细胞-细胞相互作用而非基底粘附来组装。

因此，我们考察了网状平台上表面化学、润湿性、蛋白质吸附和细胞组织之间的关系。该研究结合了改性界面的理化表征、颗粒跟踪实验、聚集形成试验、组织学评估和转录组分析。我们并没有仅仅将网状物定位为支架材料，而是专注于定义明确的超疏水生物界面如何在三维培养条件下调控生物组织和相关的细胞反应。通过在金属框架上建立稳定的Cassie-Baxter状态，我们旨在为神经单元的自我导向组装提供物理解释。

章节片段

超疏水铝网的制作

超疏水铝（Al，Ecorenew，韩国）网通过顺序表面粗糙化和硅烷化制备。定制50目铝基材切割至所需尺寸并在使用前脱脂。为产生微米级粗糙度，将网浸泡在1 M NaOH中1 分钟，同时用不锈钢镊子分离各片以保持反应均匀。蚀刻后的网转移到沸腾的去离子（DI）水中10 分钟以促进生长

低表面能网状生物界面的构建和理化表征

设计策略是创建一个暴露丝呈现低表面能和分级粗糙度的网，而开放孔作为重复的液体约束位点（图1）[20]、[21]。碱性蚀刻和热水处理产生羟基化的纳米结构层，随后HDFS接枝将此表面转化为氟化界面 [32]、[33]。因此，修改后的网预计可以最小化稳定润湿和非特异性吸附

结论

总之，我们建立了HDFS功能化的铝网作为超疏水、抗蛋白生物界面用于神经干细胞球体组装。分级粗糙度、氟化表面化学和开放网状拓扑的组合创造了一个低表面相互作用界面，在乙醇灭菌后保持超疏水性，并显著减少模型蛋白吸附。

颗粒重分布、细胞聚集、组织学和转录组学共同

资金来源

本文由圆光大学2024年资助

利益冲突

作者声明没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本论文中报告的工作。

数据可用性

支持本研究结果的数据可从通讯作者处合理请求获得。

CRediT作者贡献声明

Young Jun Kim：写作—审阅与编辑，资金获取。Giup Jang：正式分析，数据整理。Dohyun Moon：可视化，正式分析。Honghyun Park：写作—审阅与编辑，资源，方法论。Jun-Kyu Kang：写作—原稿撰写，调查，正式分析，数据整理。Indong Jun：写作—原稿撰写，方法论，调查，数据整理，概念化。So-Jung Gwak：写作—审阅与编辑，项目管理，资金获取。

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