本文聚焦组织工程领域的关键挑战——体外难以模拟体内细胞外基质（ECM）与细胞间复杂的动态相互作用。研究引入了一种可动态调控微环境的生物相容性小分子（SOx），通过在组织成熟过程中分时调节其机械性能，显著促进了内皮细胞形成更厚、更天然的血管，并增强了工程化心肌组织的收缩力和电生理成熟度。这项工作为实现更精准的体外组织仿生构建提供了创新工具。

　　在组织工程领域，于体外重现天然组织发育的极端复杂性一直是一个重大挑战。一个关键但技术复现困难的因素是细胞生存微环境的动态特性。细胞通过整合素与细胞外基质（ECM）形成稳固的相互作用，实现力信号的双向传导，并影响包括YAP/TAZ（Yes-associated protein/transcriptional coactivator with PDZ binding motif）在内的关键通路，进而调控细胞增殖、迁移和分化等。为了在软组织、特别是三维培养的背景下动态调控微环境，研究者们利用了一种可生物相容的小分子——氧化蔗糖，以在组织成熟过程中动态、可重复、可控地调整其微环境。

　　研究首先在ECM水凝胶中系统评估了氧化蔗糖的增强效果。通过将水凝胶浸入不同浓度的氧化蔗糖缓冲液，其储存模量和线性压缩模量可实现可控的增加，增加幅度与氧化蔗糖浓度正相关。例如，添加0.1%的氧化蔗糖能使水凝胶储存模量提高三倍，而0.3%的浓度可提高七倍。这种调节能力意味着可以针对不同组织类型的生尊龙凯时科技物力学需求，对相同的胶原基水凝胶进行精细调校。

　　关键发现是，氧化蔗糖的添加时机（如第0、3或7天）对水凝胶的最终刚度没有影响，即最终模量仅由总剂量决定。更重要的是，该技术允许以多个小剂量、分阶段的方式施加，在组织发育过程中逐步、精确地调节基质的刚度，而这是许多需要立即交联的（如PEGDA、GelMA）或其他可时控的、具有生物相容性的技术所难以实现的。这为在整个培养期间使细胞需求与组织生物力学同步，提供了一种独特而强大的工具。

　　将内皮细胞（ECs）封装在ECM水凝胶中形成三维微组织进行研究。细胞活性评估证实，动态调制微环境不具细胞毒性。研究发现，过早硬化（培养开始时添加氧化蔗糖）会使内皮细胞保持圆形，无法有效延伸和组织；而在第7天进行延迟硬化，则允许细胞在基质调制前充分自我组织，其形态与未修饰的对照组相似。

　　长期（长达一个月）培养结果显示，对照组（无氧化蔗糖）形成了清晰可见的血管生成网络，即大量新生毛细血管。而过早硬化的微组织中，细胞呈圆形，几乎没有血管形成。相比之下，在第7天动态硬化微环境的组别中，不仅观察到明显的血管生成，更重要的是，形成的类血管结构显著增宽，其外径更大。此外，在这些组织中，可见许多内皮细胞并排排列，而非首尾相连的结构，这提示动态调制可能从生物力学上促使细胞向动脉生成表型转变，以形成更厚、更稳固的血管。

　　将诱导多能干细胞（iPSCs）来源的心肌细胞（CMs）封装在软ECM水凝胶中形成三维心肌微组织。功能测定显示，在第7天动态硬化组的心肌组织，其收缩产生的力显著高于在第3天硬化或未加氧化蔗糖的对照组。过早硬化（第0天）则导致组织完全无可见收缩。此外，动态调制组的每次收缩持续时间更长，这是心肌细胞成熟的特征之一。

　　电生理评估进一步证实了动态调制促进成熟。通过电压敏感荧光染料记录的光学动作电位显示，动态培养样本在两次去极化峰值间的静息期膜电位更稳定，缺乏iPSC-CMs特征性的“起搏电流”（funny current, I

　　），表明其电生理表型更成熟。钙成像显示，动态调制组的钙离子释放速率更快，钙瞬变持续时间（以恢复至90%静息水平的时长CaTD

　　衡量）更短，暗示对胞内钙库的依赖更强，这也是更成熟表型的标志。对肌节结构的分析发现，动态硬化组的心肌细胞不仅高表达α-肌动蛋白，其肌节在细胞内部的组织尊龙凯时科技和排列，以及细胞间的对齐性，都显著优于静态软基质培养的对照组。而静态硬基质中，虽有肌节蛋白表达，但细胞保持圆形且彼此分离，无法形成有序的肌节。

　　研究进一步探讨了动态微环境调制在iPSC三维分化过程中的作用。iPSC分化为心肌细胞需经历三个阶段：中胚层诱导、心脏诱导和心脏定型。实验设置了四种条件：静态软基质、分化前静态硬化、心脏诱导前（第4天）动态硬化、以及心脏诱导后、心脏定型前（第8天）动态硬化。结果与之前一致，过早硬化基质会破坏正常细胞功能，分化的心肌组织不产生宏观收缩，且钙信号不均一。在动态调制组中，微组织可自发收缩，钙信号在整个组织内清晰可见。在钙处理方面，所有接受氧化蔗糖处理的组别，其钙释放速度均快于静态软培养组，但在再摄取动力学上，第8天（心脏诱导后）硬化的组别表现最佳，钙离子回摄取速度显著更快。这表明动态硬化ECM的理想时间点是在心脏诱导完成后。肌节组织形态学分析进一步确认了这一结论：第8天动态硬化组的心肌细胞，不仅肌节蛋白密度最高，而且肌节在组织层面上的排列最为整齐，表明细胞和整体组织都达到了更高的成熟度。

　　此项工作展示了一种可在培养不同阶段操纵细胞微环境的新技术。该技术能够以小剂量、长时间的方式部署，赋予研究人员在整个组织培养过程中对微环境进行动态控制的能力。这种动态调制不仅对细胞友好，还能诱导血管组织、心肌组织及发育中组织产生更成熟的表型。通过合理设计使用不同浓度ECM水凝胶和氧化蔗糖的系统，该技术有望应用于依赖多种ECM硬度的广泛组织类型。尽管仍需对更多细胞类型和复杂组织进行深入研究，但这项技术有望推动研究人员向开发生物仿生程度更高的组织和器官替代物迈进。