带血管的合成组织模型

　　研究人员调查支持血管形成的材料特性。

　　

科学家们在一种特殊的水凝胶中工作，这种水凝胶的特性可以以可控的方式改变。他们首先从人类血管壁细胞中培育出了一种亲代血管。然后，他们研究了人造细胞环境的材料特性如何影响额外血管的形成，并对它们进行微调。

在总结这些关键发现时，Britta Trappmann强调，“合成的组织材料必须激活血管细胞膜上的某些粘附分子，使细胞从母血管成群迁移，形成管状结构。同时，材料必须足够可降解，以使细胞形成足够大小的血管。”为了模拟细胞的自然环境，许多额外的生物分子和细胞必须在随后的步骤中整合到模型系统中——这些可能是信号蛋白、免疫细胞或稳定血管的细胞。“此外，所有这些因素的影响都与自然组织有关，并因器官而异，”布雷塔·特拉普曼解释说。她说，理解这一切是一个长期目标，但最终，这些知识可能会被用于种植可植入组织。

由水凝胶制成的三维组织框架

在这项研究中，研究人员完善了Britta Trappmann在美国波士顿和哈佛大学做博士后时与同事开发的模型系统。它由一个三维糖基水凝胶组成，科学家们用一根针灸针将其制成两个通道。每个通道的直径为400微米，它们彼此平行，距离约为一毫米。在一个通道中，科学家们播种内皮细胞，这是自然组织中的血管。Britta Trappmann解释说:“内皮细胞相互接触，并附着在通道内的合成组织环境中，因此大约一天后就形成了母体血管。”当这种情况发生时，科学家将一种生长因子分子混合物通过第二通道，驱动自然组织中的血管生长，从而内皮细胞迁移到水凝胶中。

然后，科学家们想找出水凝胶的哪些特性决定了迁移的内皮细胞是否真的形成了新的血管。他们研究了细胞膜上所谓的粘附分子的激活所起的作用，细胞通过这种粘附分子与周围的环境结合。研究人员首先在水凝胶组织框架中加入不同数量的肽，激活内皮细胞膜中被称为整合素的某种粘附分子。

整合蛋白移民

多肽浓度越高，内皮细胞通过水凝胶迁移越多。相反，当科学家阻断整合素的功能时，他们观察到细胞只是单独迁移。在进一步的研究中，研究小组研究了两个特定整合素亚型的过程。Britta Trappmann说:“我们发现整合素αvβ3是至关重要的粘附分子，必须被激活才能使内皮细胞成群迁移。”科学家们还表明，细胞集体迁移是内皮细胞下一步形成与母血管相连的空腔的先决条件。

尽管血管细胞随后形成管状结构，但它们比自然组织中的小。科学家们推测，这可能是因为合成的水凝胶比天然组织更难降解，而且细胞可以通过的孔更小。由于水凝胶由某些分子交联的糖分子链组成，科学家们的解决方案是交换这些交联分子，这样细胞就可以利用它们释放的酶更快地切割水凝胶。这使得细胞移动更快，形成更大的血管结构。

Journal Reference:

1. Jifeng Liu, Hongyan Long, Dagmar Zeuschner, Andreas F. B. Räder, William J. Polacheck, Horst Kessler, Lydia Sorokin, Britta Trappmann. Synthetic extracellular matrices with tailored adhesiveness and degradability support lumen formation during angiogenic sprouting. Nature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-021-23644-5