Magnetic Control and Real‐Time Monitoring of Stem Cell Differentiation by the Ligand Nanoassembly

配体(生物化学) 纳米技术 机械转化 生物物理学 细胞粘附 细胞外基质 干细胞 材料科学 粘附 整合素 化学 细胞 细胞生物学 受体 生物 生物化学 复合材料
作者
Sungkyu Lee,Myeongsoo Kim,Kapil D. Patel,Hyojun Choi,Ramar Thangam,Jinho Yoon,Thomas Myeongseok Koo,Hee Joon Jung,Sunhong Min,Gunhyu Bae,Yuri Kim,Seong‐Beom Han,Nayeon Kang,Minjin Kim,Na Li,Hong En Fu,Yoo Sang Jeon,Jae‐Jun Song,Dong‐Hwee Kim,Steve Park
出处
期刊:Small [Wiley]
卷期号:17 (41) 被引量:33
标识
DOI:10.1002/smll.202102892
摘要

Abstract Native extracellular matrix (ECM) exhibits dynamic change in the ligand position. Herein, the ECM‐emulating control and real‐time monitoring of stem cell differentiation are demonstrated by ligand nanoassembly. The density of gold nanoassembly presenting cell‐adhesive Arg‐Gly‐Asp (RGD) ligand on Fe 3 O 4 (magnetite) nanoparticle in nanostructures flexibly grafted to material is changed while keeping macroscale ligand density invariant. The ligand nanoassembly on the Fe 3 O 4 can be magnetically attracted to mediate rising and falling ligand movements via linker stretching and compression, respectively. High ligand nanoassembly density stimulates integrin ligation to activate the mechanosensing‐assisted stem cell differentiation, which is monitored via in situ real‐time electrochemical sensing. Magnetic control of rising and falling ligand movements hinders and promotes the adhesion‐mediated mechanotransduction and differentiation of stem cells, respectively. These rising and falling ligand states yield the difference in the farthest distance (≈34.6 nm) of the RGD from material surface, thereby dynamically mimicking static long and short flexible linkers, which hinder and promote cell adhesion, respectively. Design of cytocompatible ligand nanoassemblies can be made with combinations of dimensions, shapes, and biomimetic ligands for remotely regulating stem cells for offering novel methodologies to advance regenerative therapies.

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