受控液-液相分離 (LLPS) 在異質結構細胞外基質 (ECM) 的形成中起著重要作用。ECM 由緊密交聯的剛性結構分隔在松散交聯的基質中。此外，ECM 細胞尺度的結構異質性所提供的機械信號促進了細胞的機械轉導和隨后的細胞發育。因此，開發具有分隔結構異質性的 ECM 模擬水凝膠作為誘導細胞載體具有很高的可行性，但同時也極具挑戰性。受 ECM 形成過程的啟發，華南理工大學生物醫學科學與工程學院邊黎明教授團隊利用定制設計的溫度響應性大分子單體 (TRM) 的溫度輔助 LLPS，將 TRM 濃縮并分隔在相分離前體溶液的致密相中，同時將明膠共大分子單體復合物保持在稀相中。隨后的交聯作用產生了細胞（微米）尺度的微區，這些微區具有緊密的共價交聯，散布在松散交聯的細胞適應性域間水凝膠基質中。所得的模擬細胞外基質（ECM）的異質性水凝膠僅通過共價鍵交聯，可促進包裹的人類間充質干細胞（hMSC）的廣泛擴散、基于微管的機械轉導和自噬通量，從而增強成骨和骨再生。該研究結果不僅為通過LLPS介導的組裝制備模擬細胞外基質（ECM）的生物材料提供了寶貴的指導，也揭示了ECM的機械信號調控細胞發育的機械生物學機制。 相關工作以 “Liquid–Liquid Phase Separation-Mediated Cellular-Scale Compartmentalization of Hydrogel Covalent Cross-Linking Promotes Microtubule-Based Mechanosensing” 為題 發表在 《 Journal of the American Chemical Society 》 上 。

圖1 天然細胞外基質 (ECM)的三維 (3D) 大分子網絡結構及仿生ECM非均質分布的剛性基質和細胞適應性的軟基質。

圖 2. LLPS介導非均質水凝膠（Hetero）的制備。

圖3. 非均質水凝膠的結構非均質性和細胞適應性

參考文獻：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c00079