近年来，在诱导多能干细胞（iPSCs）3D培养领域出现了新兴的干细胞人造小生境（niche）工程的研究，为这类细胞在生物医学方面的进一步应用带来了巨大的机会。尽管全化学定义的小生境环境可以细胞提供可靠的安全性，但建立人工可降解的小生境环境以便于控制释放增殖细胞依然是一项艰巨的挑战。
近期，柏林自由大学的Wenzhong Li和Rainer Haag等人报道了一种可控制释放型的iPSCs 3D人造小生境。这一小生境系统可以进行参数优化并获得高细胞相容性，从而支持高质量iPSCs的生产和扩张。通过调控温度，扩张的细胞则可以被控制释放到小生境环境以外，展现出了巨大的下游应用前景。相关工作以“Thermoresponsive Hydrogels as Microniches for Growth and Controlled Release of Induced Pluripotent Stem Cells”为题发表在Advanced Functional Materials。
【文章要点】
一、人造小生境
如图1所示，人造小生境的制备是基于枝状聚丙三醇和聚（异丙基丙烯酰胺）-co-聚乙二醇聚合物的物理-化学共胶凝策略。首先在室温下，这两种聚合物可通过叠氮-烷烃环加成作用形成水凝胶；随后，这一水凝胶转移到37摄氏度的培养条件下，使聚（异丙基丙烯酰胺）-co-聚乙二醇聚合物产生物理胶凝从而进一步形成可逆水凝胶。这一水凝胶可模仿细胞外基质的性质，并在吸收了rfRGD作为生物化学信号以提高细胞的附着行为。
图1人造小生境的工作机制
二、人造小生境培养iPSCs
经过前驱体浓度、弹性模量、细胞接种密度等参数优化，研究发现这一培养系统可支持iPSCs快速扩张，同时还能维持iPSCs的质量。Ki-67染色等实验发现，快速扩张的iPSCs不仅能维持增殖能力，还能表现出高度的多能性（图2）。
图2 人造小生境支架支持iPSCs扩张
三、人造小生境释放干细胞
当环境温度从培养温度降到室温时，，物理胶凝效应消失并只留下共价键胶凝效应。基于这一现象，研究可以精确控制释放细胞。当小生境支架的物理胶凝消失时，其形貌会从浑浊固体转变成透明无色固体，再将其转移到离心管中进行离心从而对这些释放的细胞进行富集（图3）。
图3iPSCs的控制释放和富集
文献链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202010630
原文刊载于【高分子科学前沿】公众号
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