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  胚胎干細胞（ESCs）具有在未分化狀態下自我更新和分化為所有類型成體細胞的能力，因此是細胞基礎研究的重要工具，也在生物醫學應用領域具有巨大潛力。然而，現有的胚胎干細胞二維培養方式很難滿足在細胞的長期培養增殖中保持其未分化狀態和全能干性。而相比之下，三維細胞培養支架例如水凝膠，可以通過模擬細胞外基質（ECM）的生物物理和生化特性，更好地支持細胞的長期增殖和干性保持。盡管現有的一些研究表明，柔軟且可降解的水凝膠更有利于胚胎干細胞的增殖，但很少有研究考察水凝膠基質的結構動力學對ESC行為的影響。

圖1. (a) GelCD水凝膠的動態主客體交聯結構及GelMA水凝膠的共價交聯結構示意圖；(b) GelCD水凝膠的動態網絡可以動態適應mESC細胞團生長的顯著體積膨脹，而GelMA水凝膠中的靜態致密的共價交聯限制了mESC細胞團的增大的示意圖。

  華南理工大學邊黎明教授團隊通過環糊精與明膠芳香殘基的主客體超分子相互作用，制備了一種基于明膠的細胞適應性動態水凝膠體系（GelCD）（圖1）。與硬度和生物降解性均一致的共價交聯明膠水凝膠（GelMA）相比，GelCD水凝膠顯著促進了三維培養的小鼠胚胎干細胞（mESCs）的克隆擴增，并更好地保持了水凝膠中胚胎干細胞的干性（圖2）。此外，與傳統二維培養方法相比，在GelCD水凝膠中培養的mESCs也在長期培養期間更好地保持了干性（圖3）。在GelCD水凝膠中長時間培養兩個多月后，mESCs仍可保持其正常克隆形態以及完全分化能力。此外，抑制基質金屬蛋白酶（MMP）介導的水凝膠降解并不影響GelCD水凝膠中mESC的克隆擴增，這表明GelCD水凝膠網絡的內在動力學在支持三維培養的mESC擴增中起著關鍵作用。 

這一發現強調了水凝膠三維網絡的結構動力學能夠對胚胎干細胞團生長中發生的體積膨脹起關鍵的調節作用。該動態水凝膠是小鼠胚胎干細胞長期三維培養的極具潛力的新型培養系統。 

圖3. 在GelCD三維培養中的胚胎干細胞團與傳統二維培養中的胚胎干細胞團對比

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961222004422

  課題組主頁：https://www.x-mol.com/groups/bian_lab?lang=en