収縮および薬理学的に反応性のある平滑筋のための生体模倣ソフトファイブヒドロゲル

非標識：平滑筋収縮性の変化と、正常または病理に関連する血管組織環境における薬理学的反応性の変化を評価する能力は、血管創造物の発見を可能にするために重要です。ただし、in vivo血管リモデリングの複雑さと、複雑な組織のような環境での細胞収縮性の評価の両方に大きな課題が残っています。ここでは、天然の血管組織環境に似た調整可能な構造、剛性、および組成を備えた生体模倣繊維性ヒドロゲルを開発しました。このヒドロゲルプラットフォームは、細胞のメカニズムと収縮性を測定するための高度なアプローチと同様に、組み合わせたタンパク質アレイ技術と組み合わされているため、さまざまな組織様微小環境における平滑筋機能の評価が可能になりました。我々の結果は、生体模倣繊維構造が平滑筋機能において支配的な役割を果たし、接着タンパク質の提示がさまざまな程度に同時に調節したことを実証しました。具体的には、繊維ネットワークは、フラットヒドロゲルとは対照的に、細胞浸潤とアクトミオシンタンパク質の発現を上方制御しました。驚くべきことに、ヒドロゲルの繊維構造と生理学的に関連する剛性は、単一の細胞と無傷の組織レベルの両方で、血管作用薬に対する平滑筋収縮性と薬理学的反応を協力的に強化しました。一緒に、この研究は、細胞アレイプラットフォームを備えた生体模倣柔らかく繊維状環境におけるヒト血管平滑筋収縮性と薬理学的反応性の変化を示す最初の研究です。ここで生成された統合されたプラットフォームは、幅広い範囲の病理生理学的に関連するin vitro組織モデルを開発することにより、病理生物学と薬理学的介入の調査を可能にする可能性があります。 重要な声明：in vitroでのエンジニアリング機能平滑筋は、病気の組織置換および薬物検査の大きな可能性を秘めています。中心的な課題は、環境の変化に応じてその重要な表現型の可塑性を考慮して、平滑筋収縮と薬理学的反応を再現することです。私たちは、天然の血管組織微小環境で機能性平滑筋組織の作成を可能にする調整可能な構造、剛性、および組成を備えた生体模倣線維性ヒドロゲルを提示します。このような線維性ヒドロゲルは、さらに合わせたタンパク質アレイ技術と組み合わせて、平滑筋の表現型、収縮、細胞力学の評価のための細胞配列を構築します。ここで生成された統合されたプラットフォームは、幅広い正常または病気のin vitro組織モデルを開発するために有望です。

UNLABELLED: The ability to assess changes in smooth muscle contractility and pharmacological responsiveness in normal or pathological-relevant vascular tissue environments is critical to enable vascular drug discovery. However, major challenges remain in both capturing the complexity of in vivo vascular remodeling and evaluating cell contractility in complex, tissue-like environments. Herein, we developed a biomimetic fibrous hydrogel with tunable structure, stiffness, and composition to resemble the native vascular tissue environment. This hydrogel platform was further combined with the combinatory protein array technology as well as advanced approaches to measure cell mechanics and contractility, thus permitting evaluation of smooth muscle functions in a variety of tissue-like microenvironments. Our results demonstrated that biomimetic fibrous structure played a dominant role in smooth muscle function, while the presentation of adhesion proteins co-regulated it to various degrees. Specifically, fibre networks enabled cell infiltration and upregulated expression of actomyosin proteins in contrast to flat hydrogels. Remarkably, fibrous structure and physiologically relevant stiffness of hydrogels cooperatively enhanced smooth muscle contractility and pharmacological responses to vasoactive drugs at both the single cell and intact tissue levels. Together, this study is the first to demonstrate alterations of human vascular smooth muscle contractility and pharmacological responsiveness in biomimetic soft, fibrous environments with a cellular array platform. The integrated platform produced here could enable investigations for pathobiology and pharmacological interventions by developing a broad range of patho-physiologically relevant in vitro tissue models. STATEMENT OF SIGNIFICANCE: Engineering functional smooth muscle in vitro holds the great potential for diseased tissue replacement and drug testing. A central challenge is recapitulating the smooth muscle contractility and pharmacological responses given its significant phenotypic plasticity in response to changes in environment. We present a biomimetic fibrous hydrogel with tunable structure, stiffness, and composition that enables the creation of functional smooth muscle tissues in the native-like vascular tissue microenvironment. Such fibrous hydrogel is further combined with the combinatory protein array technology to construct a cellular array for evaluation of smooth muscle phenotype, contraction, and cell mechanics. The integrated platform produced here could be promising for developing a broad range of normal or diseased in vitro tissue models.