Photopatterned biomolecule immobilization to guide three-dimensional cell fate in natural protein-based hydrogels

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作者
Ivan Batalov,Kelly R. Stevens,Cole A. DeForest
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:118 (4) 被引量:61
标识
DOI:10.1073/pnas.2014194118
摘要

Hydrogel biomaterials derived from natural biopolymers (e.g., fibrin, collagen, decellularized extracellular matrix) are regularly utilized in three-dimensional (3D) cell culture and tissue engineering. In contrast to those based on synthetic polymers, natural materials permit enhanced cytocompatibility, matrix remodeling, and biological integration. Despite these advantages, natural protein-based gels have lagged behind synthetic alternatives in their tunability; methods to selectively modulate the biochemical properties of these networks in a user-defined and heterogeneous fashion that can drive encapsulated cell function have not yet been established. Here, we report a generalizable strategy utilizing a photomediated oxime ligation to covalently decorate naturally derived hydrogels with bioactive proteins including growth factors. This bioorthogonal photofunctionalization is readily amenable to mask-based and laser-scanning lithographic patterning, enabling full four-dimensional (4D) control over protein immobilization within virtually any natural protein-based biomaterial. Such versatility affords exciting opportunities to probe and direct advanced cell fates inaccessible using purely synthetic approaches in response to anisotropic environmental signaling.

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