Injectable, viscoelastic hydrogel precisely regulates developmental tissue regeneration

粘弹性 再生(生物学) 自愈水凝胶 细胞生物学 间充质干细胞 化学 生物物理学 细胞外基质 干细胞 组织工程 体内 生物医学工程 细胞分化 材料科学 生物化学 生物 高分子化学 生物技术 复合材料 医学 基因
作者
Zihan Wu,Zhaogang Yang,Dongyong Sha,Yifan Ma,Betty Y.S. Kim,Wen Jiang,Yuan Yuan,Changsheng Liu
出处
期刊:Chemical Engineering Journal [Elsevier BV]
卷期号:434: 133860-133860 被引量:21
标识
DOI:10.1016/j.cej.2021.133860
摘要

Extracellular matrix viscoelasticity is a crucial parameter for designing biomaterials in tissue regeneration. However, the precise control of viscoelastic properties for reproducing the mechanical environment that cells experience in vivo remains a challenge. Here, we developed a series of injectable, viscoelastic PEGylated poly (glycerol sebacate) (PEGS-OH) hydrogels crosslinked via click chemistry and investigated the role of viscoelasticity in developmental tissue regeneration. We found that, compared to 100% and 60% crosslink degrees, 80% crosslinked PEGS-OH with incomplete network slipping promoted a striking increase in the adhesion and differentiation of bone mesenchymal stem cells (BMSCs). Moreover, with PEG segments increasing, the elastic hydrogel turned into viscous state and regulated BMSCs differentiation from osteogenesis to adipogenesis. Further studies revealed that the crosslink degree- and PEG segment-induced BMSCs response was greatly relied on the mechanosensitive Piezo1 mechanism. With in vivo cartilago articularis and skull defect regeneration as models, tendencies from experiments in vitro were further confirmed. Our findings highlight a potential material-biological strategy to precisely regulate cell fate and ensuing tissue regeneration, and provide insight into the relevance of material viscoelasticity in the fate of stem cell differentiation.
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