Mechanical cues of an interpenetrating polysaccharide matrix regulate self-assembly of collagen fibers

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作者
Fatemeh Tavakoli Joorabi,N. J. Derr,Zecheng Li,Bryan A. Nerger,Chris H. Rycroft,David Mooney,Kyle H. Vining
出处
期刊:Science Advances [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:12 (36): eaee3256-eaee3256
标识
DOI:10.1126/sciadv.aee3256
摘要

Collagen molecules self-assemble into supramolecular fibers within a molecularly crowded, polysaccharide-rich extracellular matrix (ECM) that has fluid-like, viscoelastic properties. Here, we determine that the viscoelasticity of alginate networks regulates the assembly of type I collagen fibers. The viscoelasticity and shear moduli of the alginate network were tuned by the polymer weight percentage and degree of cooperative ionic and covalent norbornene-tetrazine cross-linking. Stepwise shear strain applied to covalently cross-linked hydrogels generated higher stress than in ionic hydrogels. Hydrogels with reduced viscoelasticity also showed reduced water permeability. Second-harmonic generation confocal imaging revealed that decreasing viscoelasticity significantly suppressed collagen fiber self-assembly. Simulations demonstrated mechanical coupling between the hydrogel network and the aggregate size of collagen molecules, which was consistent with experimental results showing impaired rate and magnitude of self-assembly in covalently cross-linked networks. These results provide a framework for understanding how ECM mechanical properties can influence the assembly and organization of fibrillar macromolecules.
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