Three-Dimensional Gelatin-Based Hydrogel Degradation and Cell Control by Two-Photon Excitation.

چکیده اصلی

Light-responsive hydrogel-based cell scaffolds enable noninvasive, high-precision microenvironmental editing through light stimulation. Two-photon excitation using near-infrared lasers has recently gained attention as a less cytotoxic light irradiation method for cells. Two-photon excitation is an optical phenomenon that generates a localized high-energy state through the simultaneous absorption of two long-wavelength photons, enabling precise manipulation at the single-cell level, even within thick gels. In this study, photodegradable gelatin acrylate (Gelatin-PDA) hydrogels incorporating o-nitrobenzylacrylate (PDA) photodegradation units into a gelatin scaffold were degraded via two-photon excitation. Upon light irradiation, the Gelatin-PDA hydrogel was degraded, loosening its network. We demonstrated that it can be precisely decomposed into both two-dimensional and three-dimensional patterns. By light-irradiating the surface and interior of the Gelatin-PDA hydrogel, we controlled the human bone marrow-derived mesenchymal stem cell (hBM-MSC) orientation along the pattern and mouse embryonic fibroblast (NIH3T3) spheroid elongation. In this study, we achieved the dynamic and precise control of the cell elongation direction within a three-dimensional cell scaffold by combining a Gelatin-PDA hydrogel with advanced two-photon excitation technology. This contributes significantly to complex and dynamic biological tissue mimicry and paves the way for advances in regenerative medicine.

ترجمه فارسی چکیده

سکله‌های سلولی مبتنی بر هیدروژل حساس به نور، ویرایش محیط میکرومقیاس با دقت بالا و غیرتهاجمی را از طریق تحریک نوری ممکن می‌سازند. تحریک دو فوتونی با استفاده از لیزرهای نزدیک به مادون قرمز به عنوان یک روش کم‌سمیت برای تحریک سلولی اخیراً توجه زیادی را به خود جلب کرده است. در این مطالعه، هیدروژل ژلاتین-پدا (Gelatin-PDA) که واحد‌های فتوپزشی (PDA) در آن گنجانده شده بود، از طریق تحریک دو فوتونی تجزیه شد. با تحریک نوری، هیدروژل ژلاتین-پدا تجزیه شد و شبکه آن شل شد. ما نشان دادیم که می‌توان آن را به الگوهای دو بعدی و سه بعدی دقیق تجزیه کرد. با تحریک نوری سطح و داخل هیدروژل ژلاتین-پدا، جهت‌گیری سلول‌های بنیادی مغز استخوان انسان (hBM-MSC) را کنترل کردیم و کشیده شدن سفره‌های سلولی فیبروبلاست جنینی موش (NIH3T3) را تغییر دادیم. در این مطالعه، ما با ترکیب هیدروژل ژلاتین-پدا با تکنولوژی پیشرفته تحریک دو فوتونی، کنترل پویا و دقیق جهت کشیده شدن سلول‌ها در یک سکله سلولی سه بعدی را به دست آوردیم. این امر به تقلید پیچیده و پویا از بافت‌های زیستی کمک شایانی می‌کند و مسیر پیشرفت‌های در پزشکی بازسازی را هموار می‌سازد.

متن کامل اصلی