Enzymatically Regulated pH-Responsive Hydrogel with Intrinsic Electromechanical Cue toward Myoblast Differentiation

自愈水凝胶 化学 材料科学 生物物理学 化学工程 细胞生物学 高分子化学 生物 工程类
作者
Debasish Nath,Jahanvi Ralhan,Anand Kumar Awasthi,Somesh K. Jha,Vysakh C. Chandran,Avinash Bajaj,Asish Pal
出处
期刊:Chemistry of Materials [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.chemmater.5c01064
摘要

Microenvironments play a crucial role in guiding cell proliferation and differentiation, yet controlling these factors in soft tissues remains challenging. In native muscle tissue, electrical and mechanical cues orchestrate cell behavior and development. Herein, we exploited Schiff-base chemistry to cross-link peptide nanofiber, 1NF with dopamine ortho-quinone pendants from PDMA through pH-dependent autoxidation to develop a synthetic peptide–polymer conjugated nanofibrous network, 1NF⊂PDMA. Such molecular manipulation led to pH controlled bundled network with enhanced piezoresponse. Using such nanoscale engineering, we demonstrate, for the first time, a synthetic mimic of fibrin with characteristic nonlinear mechanical response with pH-controlled heat and strain stiffening. Furthermore, we show feedback control using two antagonistic enzymes to regulate the pH and in-situ transient stiffening of the hydrogel network. Finally, the intrinsic nonlinear elastic behavior and piezoelectric response of the hydrogel network enhances C2C12 myoblast adhesion, proliferation, and maturation to myotubes, with significantly enhanced expression of the myogenic markers MyoD and MyoG in 48 h, a notable feat achieved for the first time to suggest its future potential toward designing muscle-mimetic synthetic ECM.
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