Matrix stiffness regulates macrophage polarisation via the Piezo1‐YAP signalling axis

机械转化 巨噬细胞 细胞生物学 表型 巨噬细胞极化 效应器 化学 生物 体外 生物化学 基因
作者
Feng Mei,Yaru Guo,Yu Wang,Yingying Zhou,Boon Chin Heng,Mengru Xie,Xiaofei Huang,Shihan Zhang,Shuai Ding,F. Liu,Xuliang Deng,Lili Chen,Chengfeng Yang
出处
期刊:Cell Proliferation [Wiley]
卷期号:57 (8): e13640-e13640 被引量:69
标识
DOI:10.1111/cpr.13640
摘要

Macrophages play a pivotal role in the immunological cascade activated in response to biomedical implants, which predetermine acceptance or rejection of implants by the host via pro- and anti-inflammatory polarisation states. The role of chemical signals in macrophage polarisation is well-established, but how physical cues regulate macrophage function that may play a fundamental role in implant-bone interface, remains poorly understood. Here we find that bone marrow-derived macrophages (BMDM) cultured on polyacrylamide gels of varying stiffness exhibit different polarisation states. BMDM are 'primed' to a pro-inflammatory M1 phenotype on stiff substrates, while to an anti-inflammatory M2 phenotype on soft and medium stiffness substrates. It is further observed that matrix stiffening increases Piezo1 expression, as well as leads to subsequent activation of the mechanotransduction signalling effector YAP, thus favouring M1 polarisation whilst suppressing M2 polarisation. Moreover, upon treatment with YAP inhibitor, we successfully induce macrophage re-polarisation to the M2 state within the implant site microenvironment, which in turn promotes implant osseointegration. Collectively, our present study thus characterises the critical role of the Piezo1-YAP signalling axis in macrophage mechanosensing and stiffness-mediated macrophage polarisation and provides cues for the design of immuno-modulatory biomaterials that can regulate the macrophage phenotype.
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