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基于 DNA 的瞬态胶体共价连接信号网络...
摘要 受活细胞信号网络启发的可编程化学电路是开发自适应和自主自组装分子系统和材料功能的一种有前途的方法。分子水平上已经取得了进展，但将分子控制电路连接到自组装较大元素（如胶体）以进行实空间研究和获取功能材料的方法很少，而且可能会受到动力学陷阱、絮凝或困难的系统集成协议的影响。我们在此报告了一种立足点介导的 DNA 链置换反应网络，该网络能够自主地将两种不同的微凝胶引导到瞬态和自调节的共组装中。微凝胶被 DNA 功能化并成为网络的基本组成部分。电路设计的灵活性允许通过在核心电路的上游或下游链接额外的电路模块来安装延迟阶段或加速器。该设计提供了一种适应性强且强大的方法来调节其他构建块以实现高级仿生功能。
填充颗粒的空隙空间和支架分析
摘要 我们开发了一种分析填充粒子的工具，以应对颗粒生物材料日益流行的趋势。颗粒水凝胶，包括微孔退火粒子 (MAP) 支架，是一类用于治疗应用的材料，因为它们具有独特的性质，包括粒子之间的微孔隙度。颗粒材料的微观结构很难研究，这导致该领域的许多人报告不可靠的空隙体积分数度量和/或 2D 切片近似“孔径”作为空隙空间的唯一特征。为此，我们创建了 LOVAMAP，这是一款定制软件，它结合了计算几何和图论技术，将空隙空间分割成 3-D 孔隙，这是开放空间的自然口袋。LOVAMAP 的 44 个支架特征为用户提供了描述支架内部和入口的定量概况。我们视觉丰富的输出解决了诸如空隙大小、形状、连通性、路径、各向同性/各向异性、配体可用性以及渗透/迁移限制等主题。使用 LOVAMAP，我们研究了 60 种不同类型的颗粒支架，包括具有相应细胞数据的真实 MAP 支架。我们使用高维分析来表明，我们软件的输出数据可用于对 3-D 孔隙类型进行分类，以及通过生成数字“指纹”来表征整个支架。结合细胞数据，LOVAMAP 揭示了神经球形成与支架空隙几何形状之间的关系。LOVAMAP 是一种支持技术，广泛应用于颗粒生物材料研究以及研究颗粒材料的所有领域。背景由于颗粒生物材料越来越受欢迎，填充颗粒及其周围的空隙（间隙空间、孔隙空间）是一个热门研究课题。颗粒材料在许多应用领域都很有吸引力，包括可注射组织模拟物和 3D 生物打印，因为它们具有独特的属性，例如剪切稀化行为、增加的材料表面积以及离散异质性的选项 1,2。由水凝胶微粒（微凝胶）制成的颗粒材料已用于促进多种疾病模型中的伤口愈合，包括中风 3、心肌梗死 4、皮肤伤口 5 和脊髓损伤 6。当微凝胶堆积在一起时，它们形成一种称为颗粒支架的 3D 结构，当颗粒支架的微凝胶连接在一起时，所得到的稳定结构称为微孔退火颗粒 (MAP) 支架 7。堆积的微凝胶在整个支架中形成空隙空间微孔，从而使细胞在颗粒之间畅通无阻地浸润和迁移。许多研究支持局部几何形状影响细胞行为的观点 8-13 ，并且在颗粒支架中，细胞感知到的局部几何形状是空隙空间的微观结构。因此，我们的目标是了解颗粒支架的内部几何形状，以改进材料设计。在生物材料领域，使用二维显微镜图像近似的孔隙率是最常见的支架空隙空间量化方法。孔隙率通常报告为孔隙体积分数或二维“孔”长度测量值的分布。我们之前已经揭示了报告孔隙率的这种近似值的细微差别 14 ，我们认为空隙体积分数和二维孔隙近似值不足以作为独立指标，因为它们忽略了三维空隙空间局部口袋中的复杂性和几何多样性。其他领域（数学、物理、地球科学、化学、农业等）对堆积颗粒进行了广泛的研究，而没有考虑空隙空间几何形状如何影响细胞的行为。研究通常侧重于粒子本身，其中已经开发出方法来识别粒子边界 15-17 或构建接触粒子的图形以研究粒子连通性、填充配置和应力链 18-23 。然而，这些结果未能表征空隙空间。一些以粒子为中心的研究包括有关空隙空间的信息，
生物材料科学-RSC出版
适合生物活性物质和复杂生物实体必不可少的液态液体sca。隔离的LLPS系统，也称为水溶液系统（ATPSS），已证明它们在酶纯化14中的效率14和细致的细胞模式。15尽管如此，全水结构的精确处理，尤其是在超低界面张力的情况下，仍然是一个显着的挑战。Steijn 16,17和Shum 18,19等。已经开创了一种微流体策略，以产生水中的水乳液，将机械扰动整合到内相，从而导致水/水喷射的均匀分裂（图1a）。在这项基础工作的基础上，我在Shum实验室中的研究采用了全水电喷雾技术来制造水中水中的乳液（图1b）。20,21此方法引入了一个中间空气阶段，该空气阶段巧妙地提高了表面张力，并避免了低张力系统中喷气机慢分解所施加的约束。此外，全水电喷雾可以很容易地将多种胶凝剂嵌入水滴中，该水滴会响应于特定的触发因素（例如光，热或化学刺激），从而在Microgels的产生中达到顶峰。此技术提供了强大而适应性的
酶交联胶原蛋白作为体内和体外联合设计血液和淋巴管系统的多功能基质
成功翻译许多体外工程组织需要足够的血管化。本研究介绍了一种新型胶原蛋白衍生物，该衍生物含有多种识别肽，用于基于分选酶 A (SrtA) 和因子 XIII (FXIII) 的正交酶交联。SrtA 介导的交联能够在本体水凝胶中快速共同设计人类血液和淋巴微毛细血管和中尺度毛细血管。凝胶硬度的调节决定了新血管形成的程度，而血液和淋巴毛细血管的相对数量则重现了最初植入水凝胶的血液和淋巴内皮细胞的比例。生物工程毛细血管很容易形成管腔结构，并在体外和体内表现出典型的成熟标志物。次级交联酶因子 XIII 用于将 VEGF 模拟 QK 肽原位束缚到胶原蛋白上。这种方法支持在没有外源性 VEGF 的情况下形成血液和淋巴毛细血管。正交酶交联进一步用于生物工程水凝胶，其具有促血管生成和抗血管生成特性的空间定义聚合物组成。最后，基于微凝胶二次交联的大孔支架可实现独立于支持成纤维细胞的血管形成。总体而言，这项工作首次展示了使用高度通用的胶原蛋白衍生物共同设计成熟的微尺寸和中尺寸血液和淋巴毛细血管。
适用于研究应用的高质量单体
1. Aliakseyeu, A.、Hlushko, R. 和 Sukhishvili, SA (2022)。水溶液中具有较高临界溶液温度的非离子星形聚合物。聚合物化学，13(18)，2637-2650。2. Daniels, GC、Hinnant, KM、Brown, LC、Weise, NK、Aukerman, MC 和 Giordano, BC (2022)。疏水性丙烯酸酯官能化的聚乙二醇 (PEG) 的共聚物可逆加成-断裂链转移合成：表面和泡沫性能研究。Langmuir，38(15)，4547-4554。3. Kuzmyn, AR、Teunissen, LW、Fritz, P.、van Lagen, B.、Smulders, MM 和 Zuilhof, H. (2022)。通过水中的可见光诱导聚合 (SI-PET-RAFT) 在金表面上形成二嵌段和随机防污生物活性聚合物刷。Advanced Materials Interfaces，9(3)，2101784。4. Moura, D.、Pereira, AT、Ferreira, HP、Barrias, CC、Magalhães, FD、Bergmeister, H. 和 Gonçalves, IC (2023)。含石墨烯基材料的聚（2-羟乙基甲基丙烯酸酯）水凝胶用于血液接触应用：从柔软惰性材料到坚固可降解材料。Acta Biomaterialia，164，253-268。5. Shaulli, X.、Rivas-Barbosa, R.、Bergman, MJ、Zhang, C.、Gnan, N.、Scheffold, F. 和 Zaccarelli, E. (2023)。通过超分辨率显微镜和数值模拟探测微凝胶的温度响应性及其与固体表面的相互作用。Acs Nano，17(3)，2067-2078。
高度对齐的组织工程构造的丝状光 (FLight) 生物制造
基于光的投影技术越来越多地用于制造仿生组织。[1–3] 最近，通过激光光束的断层投影，已经可以快速生物制造复杂的细胞结构。[4–6] 然而，在制造肌肉和肌腱等各向异性组织时，大多数光导组织制造策略在有效细胞排列方面的潜力有限[7,8]，因为大多数方法都侧重于宏观特征（> 100 μ m），而这些特征缺乏这些组织中高度排列的细胞和细胞外组织所必需的地形线索。对于可以实现细胞级（< 30 μ m）分辨率的双光子聚合和超高分辨率数字光处理等技术，非相干光源将光聚合限制在小范围（< mm）内发生，而这需要逐层策略才能实现大型组织工程结构的制造。 [1,9,10] 速度和可扩展性的折衷限制了这些方法的转化潜力。指导性线索（如纤维成分以及纤维和挤压式生物打印的组合）已被广泛研究，因为它们具有促进细胞排列和排列组织工程结构成熟的潜力，如肌肉、肌腱、神经和软骨组织。[7,11–14] 研究表明，长宽比增大的拓扑线索会影响基底内/上细胞的生物活性。例如，通过微流体或软光刻制备的棒状微凝胶（长宽比为 10）能够增加细胞取向，与微球相比，高长宽比微棒之间的空隙可以更好地实现细胞取向。[15,16] 通过微图案化技术创建的具有超高长宽比（> 20:1）的拓扑特征可以有效诱导细胞粘附和排列。 [17,18] 尤其是当限制的尺寸接近细胞核的尺度（<10μm）时，这些纵向限制导致的核变形变得明显。细胞核的细长形状可以影响细胞分化、基因表达和再生，后者通过染色体重组和激活 DNA 修复机制来实现；[19,20]