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  在體細胞生活在一定的微環境中，微環境中多種信號（包括物理、化學信號）起到維持細胞正常形態功能的作用。越來越多的研究表明，機體發育、疾病的發生發展等生理病理過程與細胞及其力學微環境（mechanical microenvironment）的變化密切相關。細胞微環境中的多種力學信號（如基質剛度、應力/應變）是調控在體多種細胞（如肌肉細胞、神經細胞等）生物學行為的關鍵物理因素。為了進一步構建細胞力學微環境，西安交通大學仿生工程與生物力學研究所（BEBC）和孫曉龍教授課題組合作采用“點擊（click）化學”和 “去點擊（declick）化學”等反應開發了一種新型力學性質可調及化學結構可控的水凝膠體系。

  該水凝膠體系的反應機理是通過小分子基團化學反應實現的，通過“點擊反應”在共軛分子受體上發生胺-硫醇以及硫醇-硫醇的取代反應，以及通過“去點擊反應”添加DTT在中性反應條件下形成新的共軛受體，通過不同的化學反應分別調控水凝膠的形態和力學性質。水凝膠1是整個反應凝膠體系的基礎，是通過銅催化的炔基-疊氮點擊化學反應形成的聚乙二醇（PEG）水凝膠（圖1）。

圖1.  水凝膠反應機理圖

  通過氨基-巰基置換，巰基-巰基置換的化學反應，在室溫以及中性緩沖液條件下，分別向水凝膠1種加入線性PEG，最終形成水凝膠2和水凝膠3；通過添加DTT和H₂O₂最終形成含有二硫鍵的水凝膠4（圖2）。作者分別利用流變儀，紫外-可見分光光度計，核磁共振儀等儀器測試和追蹤了化學反應和結構轉化的過程。

圖2. 水凝膠體系反應示意圖

  基于干細胞治療在治療各種疾病方面顯示出巨大的潛力，而有效的細胞傳遞是其中的關鍵挑戰之一。為了實現細胞傳遞，水凝膠可以提供細胞保護和一個穩定的三維生理環境。在水凝膠體系中，由于正交反應，水凝膠1和水凝膠2的轉換可以在原位發生，對干細胞的包封具有細胞友好性，因此，在水凝膠2的形成過程中加入干細胞（hMSCs）。最終形成的水凝膠2為3D細胞培養提供了良好的支架。當干細胞治療結束，凝膠需要快速降解時，通過加入DTT將水凝膠2快速降解，離心后釋放細胞。這些結果表明，水凝膠2作為細胞載體用于細胞治療的巨大潛力（圖3）。

圖3. 水凝膠在3維細胞培養中的應用

  以上相關成果發表在ACS Macro Letter（DOI: 10.1021/acsmacrolett.1c00276）上。論文的第一作者為西安交通大學BEBC博士生常樂，共同作者分別為西安交通大學BEBC博士生王聰，西安紅會醫院消化內科副主任醫師韓霜博士，通訊作者為BEBC徐峰教授，共同通訊作者為西安交通大學孫曉龍教授。

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsmacrolett.1c00276