توسعه کشت سلولی در داربستهای با سختی قابل تنظیم

خواص مکانیکی ماتریکس خارج سلولی (ECM) تأثیر قابل توجهی بر طیف وسیعی از رفتارهای سلولی مانند رشد، تمایز، چسبندگی و انتقال سیگنال دارد. در کشت سلولی در داربست سلول ها در واقع قادر به درک محرک های مکانیکی خارجی و فعال کردن مسیرهای مولکولی مرتبط با انتقال مکانیکی در پاسخ هستند. در کشت سلولی در داربست های سه بعدی، بزرگی، جهت گیری مکانی و دوره زمانی این محرک های مکانیکی بر نوع و قدرت پاسخ تأثیر می گذارد. از این رو، سفتی محیط خارج سلولی ساختار اسکلت سلولی و سازمان پروتئین ماتریکس سلولی را تنظیم می کند که با فرآیندهای مهمی مانند تقسیم سلولی، مهاجرت و آپوپتوز مرتبط است. همانطور که در بررسی Kechagia و همکارانش نشان داده شده است، اینتگرین ها روی غشای سلولی به عنوان حسگر سیگنال های مکانیکی مشتق شده از ECM عمل می کنند. به طور خاص، آنها می توانند پلاک های چند پروتئینی را در پاسخ به یک سویه الاستیک تشکیل دهند که منجر به بازآرایی اسکلت سلولی، رونویسی ژن و فعال شدن پروتئین های سیگنالینگ می شود. اینتگرین ها همچنین در دوروتاکسی که مهاجرت سلولی توسط سفتی ECM هدایت می شود، اساسی هستند. علاوه بر این، Nemec و همکاران تأکید کردند که چگونه سفتی ماتریس می تواند بر معماری کروماتین و امضای اپی ژنتیک تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، انتقال به درون هسته تنظیم‌کننده‌های رونویسی YAP (پروتئین مرتبط با بله) و TAZ (موتیف اتصال PTZ) پس از سفت شدن ماتریکس، باعث اصلاح کروماتین می‌شود. علاوه بر این، متابولیسم توسط تغییرات در خواص مکانیکی ECM تعدیل می شود. در واقع، به نظر می رسد نرم شدن با کاهش گلیکولیز به دلیل مهار آنزیم های دخیل در فرآیند مرتبط است. برعکس، جابجایی YAP-TAZ باعث گلیکولیز و اتوفاژی می شود، بنابراین تکثیر سلولی در ماتریکس سفت تر را افزایش می دهد. مدل‌های سه‌بعدی و مدولاسیون سفتی آن‌ها، مطالعه اثرات محرک‌های خارجی روی سلول‌ها را در شرایط آزمایشگاهی امکان‌پذیر می‌کند و ابزاری ارزشمند برای تقلید شرایط فیزیولوژیکی و پاتولوژیک است. همانطور که در شکل فوق نشان داده شده است، بافت ها به دلیل ترکیب، ناهمگنی و موقعیتشان با محدوده خاصی از سفتی مشخص شدند. این شرایط در طول پیشرفت بیماری مختل شد و منجر به پیش آگهی تهاجمی تر یا ضعیف تر شد. در سال های اخیر، توجه به طور فزاینده ای توسط ریزالگو کردن سطوح مواد نرم به خود جلب شده است. به این ترتیب، مواد تمایل به تقلید مورفولوژی طبیعی در مقیاس میکرو / نانومتری دارند. مطالعات متعددی در مورد رویکردهای الگوبرداری سه بعدی در کشت سلولی در داربست در مواد نرم از جمله خود نورد، الهام گرفته از اوریگامی،  و چاپ سه بعدی یا 4 بعدی وجود دارد. دومی به آخرین مرز تبدیل شده است و شامل مواد زیستی نیز می شود که مواد هوشمند نیز نامیده می شوند، که به عنوان یک ویژگی اضافی، حساسیت به محرک های خارجی دارند. در واقع، مواد چاپ شده 4 بعدی می توانند ساختار خود را در پاسخ به محرک های خاص مانند فشار، دما، pH یا تابش نور تغییر دهند. پانورامای عریض همچنین شامل مات سه بعدی کاربردی است.