3D collagen matrices modulate the transcriptional trajectory of bone marrow hematopoietic progenitors into macrophage lineage commitment

自愈水凝胶 细胞生物学 细胞外基质 造血 祖细胞 骨髓 巨噬细胞 单核细胞 干细胞 化学 生物 免疫学 生物化学 有机化学 体外
作者
Pan Zhang,Linmu Xu,Jingsong Gao,Guang‐Kui Xu,Yanping Song,Guang Li,Jingjing Ren,Yunjie Zhang,Yang Cheng,Yu Zhang,Ruiheng Xie,Nu Zhang,Hui Yang
出处
期刊:Bioactive Materials [Elsevier BV]
卷期号:10: 255-268 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.bioactmat.2021.08.032
摘要

Physical signals provided by the extracellular matrix (ECM) are key microenvironmental parameters for the fate decision of hematopoietic stem and progenitor cells (HSPC) in bone marrow. Insights into cell-ECM interactions are critical for advancing HSC-based tissue engineering. Herein, we employed collagen hydrogels and collagen-alginate hydrogels of defined stiffness to study the behaviors of hematopoietic progenitor cells (HPCs). Three-dimensional (3D) collagen hydrogels with a stiffness of 45 Pa were found to promote HPC maintenance and colony formation of monocyte/macrophage progenitors. Using single-cell RNA sequencing (scRNA-seq), we also characterized the comprehensive transcriptional profiles of cells randomly selected from two-dimensional (2D) and 3D hydrogels. A distinct maturation trajectory from HPCs into macrophages within the 3D microenvironment was revealed by these results. 3D-derived macrophages expressed high levels of various cytokines and chemokines, such as Saa3, Cxcl2, Socs3 and Tnf. Furthermore, enhanced communication between 3D-macrophages and other hematopoietic clusters based on ligand-repair interactions was demonstrated through bioinformatic analyses. Our research underlines the regulatory role of matrix-dimensionality in HPC differentiation and therefore probably be applied to the generation of specialized macrophages.
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