【参赛作品】光致水凝胶机制新突破-非自由基型

随着组织工程和再生医学的快速发展,细胞友好型、可控型地构筑3D 细胞外基质(3D ECM)显得尤为重要。水凝胶是一类高度含水的具有三维网络交联结构的材料,它可以模拟细胞在体内生长的微环境,并且可以方便地引入影响细胞行为的生物物理或生物化学信号,因此水凝胶是一类非常优异的细胞外基质(3D ECM)。其中,光致水凝胶因其成胶过程增添了“光”独特的时空可控性的特点受到了广泛的关注。传统的自由基引发的链增长光聚合反应,以及在它基础上进一步发展形成的光引发SH-ene反应是光致成胶反应的典型代表。但是在这种体系中,必须有小分子光引发剂的参与。而光照引发剂产生的自由基,对细胞或生物体组织具有很大的毒副作用,极大地限制了其在生命科学领域的进一步应用,因此寻找一种非自由基型的光致水凝胶材料是非常必要的。

近期,华东理工大学化学与分子工程学院的朱麟勇教授课题组提出非自由基型光交联的新机制,实现了ECM的高度生物相容并时空可控的原位构建。其研究成果以“Spatiotemporally Controllable and Cytocompatible Approach Builds 3D Cell Culture Matrix by Photo-Uncaged-Thiol Michael Addition Reaction”为题在Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201306061)上进行了报道。

这种方法以香豆素光扳机保护的巯基分子为基础,在可见光或双光子刺激下,香豆素光扳机释放出活性巯基,与体系中的马来酰亚胺官能团发生SH-Michael addition 光偶联反应。除了该体系最具特色的非自由基机制之外,该方法还具有其它很多优势:(1)无需任何引发剂或催化剂参与。(2)环状香豆素保护巯基分子的设计,决定了该体系中并无小分子释放。(3)原位释放巯基的方式,避免了巯基的氧化问题。(4)可见光或双光子技术光触发,避免了紫外光使用的弊端。

通过水凝胶原位包裹细胞实验充分证明,这种非自由基型的光致水凝胶方式比传统的光引发聚合成胶方式具有更好的生物相容性。总之,这种方法合成的水凝胶具有可自由调节的机械强度、快速的成胶速度、宽泛的成胶条件、高度精确的时空可控性、以及优异的生物相容性,这些特点使得这种非自由基型光致水凝胶材料能够作为一个强大的工具应用于细胞生物学,特别是干细胞的诱导分化,组织工程和再生医学,比如3D细胞打印等领域的研究。

论文出处:Spatiotemporally Controllable and Cytocompatible Approach Builds 3D Cell Culture Matrix by Photo-Uncaged-Thiol Michael Addition Reaction