Elastic modulus of hydrogel regulates osteogenic differentiation via liquid–liquid phase separation of YAP

材料科学 弹性模量 运行x2 生物医学工程 自愈水凝胶 生物物理学 复合材料 成骨细胞 化学 生物 体外 医学 生物化学 高分子化学
作者
Kuang Tan,Qiaolin Yang,Yineng Han,Ziyao Zhuang,Yi Zhao,KunYao Guo,Anqi Tan,Yunfei Zheng,Weiran Li
出处
期刊:Journal of Biomedical Materials Research Part A [Wiley]
卷期号:111 (11): 1781-1797 被引量:10
标识
DOI:10.1002/jbm.a.37590
摘要

Craniofacial bone defects induced by congenital malformations, trauma, or diseases frequently challenge the orthodontic or restorative treatment. Stem cell-based bone regenerative approaches emerged as a promising method to resolve bone defects. Microenvironment physical cues, such as the matrix elastic modulus or matrix topography, regulate stem cell differentiation via multiple genes. We constructed gelatin methacryloyl (GelMA), a well-known scaffold, to investigate the impact of elastic modulus on osteogenic differentiation in a three-dimensional environment. Confocal microscope was used to observe and assess the condensates fission and fusion. New bone formation was evaluated by micro-computed tomography at 6 weeks in calvarial defect rat. We found that the light curing increased elastic modulus of GelMA, and the pore size of GelMA decreased. The expression of osteogenic markers was inhibited in hBMSCs cultured in the low-elastic-modulus GelMA. In contrast, the expression of YAP, TAZ and TEAD was increased in the hBMSCs in the low-elastic-modulus GelMA. Furthermore, YAP assembled via liquid-liquid phase separation (LLPS) into condensates that were sensitive to 1'6-hexanediol. YAP recruit TAZ and TEAD4, but not RUNX2 into the condensates. In vivo, we also found that hBMSCs in high-elastic-modulus GelMA was more apt to form new bone. This study provides new insight into the mechanism of osteogenic differentiation. Reagents that can regulate the elastic modulus of substrate or LLPS may be applied to promote bone regeneration.
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