TOMID张超教授课题组 | CEJ综述：模拟细胞外基质粘弹性的水凝胶应用于再生医学：设计、应用及分子机制

细胞外基质（ECM）的粘弹性对细胞功能有着深远影响，包括细胞的粘附、扩散、迁移、增殖和分化等。这种粘弹性在组织再生和疾病发展等关键生物过程中发挥着决定性作用。理解粘弹性对细胞的调节作用机制，对于设计模拟 ECM 的生物材料至关重要，能够为生物技术应用和再生医学提供关键的分子基础。近日，中山大学生物医学工程学院TOMID团队张超教授课题组在Chemical Engineering Journal上发表了题为“Hydrogels mimicking the viscoelasticity of extracellular matrix for regenerative medicine: Design, application, and molecular mechanism”的综述文章，系统阐述了粘弹性生物材料的设计策略，并聚焦于粘弹性生物材料在细胞功能调节和细胞机械转导过程中的作用及最新应用的研究进展，为再生医学的发展提供了重要的参考。

文章首先归纳了粘弹性水凝胶的制备策略，着重从改变交联密度、侧链长度密度引起的空间位阻以及交联的可逆性等维度，剖析了如何实现对水凝胶粘弹性的调控。随后，文章全面阐述了基质粘弹性对各类细胞的调控机制，重点介绍了在力转导过程中，细胞表面受体（如整合素、机械敏感型离子通道）以及细胞骨架等蛋白激活细胞内信号、调节细胞功能的过程。最后，文章总结了粘弹性水凝胶在骨组织、皮肤、脑组织及牙周韧带再生、类器官培育等应用领域的最新研究进展。此外，作者深入探讨了粘弹性水凝胶进一步发展亟需解决的核心问题，如解耦水凝胶网络的交联属性与动态 / 粘弹性行为之间的相关性、实现水凝胶网络的精确调控等。同时，文章指出，材料粘弹性对细胞的影响受细胞微环境、细胞类型、生长因子等因素的影响，并可能表现出组织特异性，这提示了本领域未来发展的潜在机遇。

中山大学生物医学工程学院为第一通讯单位，TOMID团队硕士研究生李栎宸和深圳市医疗器械检测中心王书晗高级工程师为论文共同第一作者；中山大学附属第一医院外科张伟主治医师、南方医科大学生物医学工程学院廖立琼教授、中山大学生物医学工程学院张超教授为共同通讯作者。上述工作得到了国家自然科学基金（81971760， 81974322）、广州市重点研发计划（20220610115）等项目支持。

全文链接： https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.155206

供稿：李栎宸

终审：张超