[摘要]

水凝胶 是一种高度遇水膨胀的分子网络。由于其广泛且可调节的特性，它是创建组织模拟物的理想平台。因此，水凝胶是一种用于组织工程应用的有前途的细胞传递载体，也已成为体外模型的重要基础。细胞很容易被包裹在水凝胶中，导致过度的生化和机械通讯机制，从而重现天然细胞与组织中细胞外基质之间的相互作用。这些相互作用是复杂的、耦合的并且跨越多个长度和时间尺度。为了研究和确定所涉及的潜在机制，理想情况下需要一种集成的实验和计算方法。

最近，科罗拉多大学研究团队回顾了细胞-水凝胶相互作用，重点关注实验、数学和计算建模方面的最新进展。作者首先介绍了控制水凝胶力学和传输的热力学和物理学的基础知识。本综述重点关注两种主要类型的水凝胶：物理交联纤维水凝胶的半柔性聚合物网络和化学交联/天然水凝胶的柔性聚合物网络。 在这篇综述中，重点介绍了五种主要的细胞-水凝胶相互作用（通讯、机械诱导、迁移、生长、组织沉积和加工），并讨论了最近的实验和最新更新。建模策略，然后总结如何调整水凝胶特性以实现所需的功能细胞结果。最后，总结了这些进展，并指出需要通过实验和建模的整合来推进对细胞-基质相互作用的基本理解，这将最终有助于确定新的治疗方法并实现组织工程的成功。

[主图]

存在组织和器官中的许多细胞被细胞外基质或 ECM 包围。 ECM 为细胞提供物理支架，为它们提供结构支持和保护。此外，ECM 提供了在发育过程中直接细胞分化的基本线索，并有助于支持整个成年期的健康组织稳态。然而，对组织和/或器官的创伤或疾病损伤会破坏 ECM，这会对人类健康产生重大影响。需要能够再生新组织以替代受损组织或能够逆转疾病和恢复 ECM 的疗法。开发此类疗法的一个主要障碍是了解细胞在正常和病理生理条件下如何感知和响应其环境。尽管动物模型对于揭示参与发育和疾病的途径至关重要，但由于体内环境中的许多混杂因素，细胞外环境，尤其是基质的作用难以解释。为了克服这个缺点，已经开发了三维 (3D) 矩阵，例如水凝胶，作为创建离体组织模拟物的替代方法，其化学和性质可以受到严格控制。结合起来，计算模型变得越来越重要。当与实验结合时，他们可以进一步分离作用于细胞的线索并提供额外的机械见解。计算模型也可用于优化研究，以减少实验设计空间。因此，结合实验和计算模型来研究细胞与水凝胶组织模拟物之间的相互作用的策略对于推进组织工程以及我们对健康和疾病体外模型中细胞和 ECM 生物学的基本理解非常重要。图 1 总结了本次审查的概述。

图 1。细胞被包裹在水凝胶中时发生的主要细胞-水凝胶相互作用的概述。

相关论文取标题Mechanics of 3D Cell--Hydrogel Interactions: Experiments, Models, and Mechanisms 发表于“Chemical Reviews”。 通讯作者是科罗拉多大学Stephanie J. Bryant教授 <跨度>。

参考：

doi.org/10.1021/