Tunable Mesoscopic Collagen Island Architectures Modulate Stem Cell Behavior

细胞外基质 自愈水凝胶 材料科学 间充质干细胞 组织工程 介观物理学 细胞生物学 细胞分化 细胞 纳米技术 干细胞 化学 生物 生物化学 物理 量子力学 基因 高分子化学 遗传学
作者
Ryan Nguyen,Aidan T. Cabral,Alejandro Rossello‐Martinez,Alessandro Zulli,Xiangyu Gong,Qiuting Zhang,Jing Yan,Michael Mak
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:35 (16) 被引量:24
标识
DOI:10.1002/adma.202207882
摘要

Abstract The extracellular matrix is the biophysical environment that scaffolds mammalian cells in the body. The main constituent is collagen. In physiological tissues, collagen network topology is diverse with complex mesoscopic features. While studies have explored the roles of collagen density and stiffness, the impact of complex architectures remains not well‐understood. Developing in vitro systems that recapitulate these diverse collagen architectures is critical for understanding physiologically relevant cell behaviors. Here, methods are developed to induce the formation of heterogeneous mesoscopic architectures, referred to as collagen islands, in collagen hydrogels. These island‐containing gels have highly tunable inclusions and mechanical properties. Although these gels are globally soft, there is regional enrichment in the collagen concentration at the cell‐scale. Collagen‐island architectures are utilized to study mesenchymal stem cell behavior, and it is demonstrated that cell migration and osteogenic differentiation are altered. Finally, induced pluripotent stem cells are cultured in island‐containing gels, and it is shown that the architecture is sufficient to induce mesodermal differentiation. Overall, this work highlights complex mesoscopic tissue architectures as bioactive cues in regulating cell behavior and presents a novel collagen‐based hydrogel that captures these features for tissue engineering applications.
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