Matrizes Extracelulares Sintéticas com Elasticidade Não Linear Regulam a Organização Celular

Uma das promessas dos materiais sintéticos na cultura celular é que o controle sobre suas estruturas moleculares pode, em última análise, ser usado para controlar seus processos biológicos. Hidrogéis de polímeros sintéticos à base de poliisocianidas (PIC) são uma nova classe de biomateriais sintéticos mínimos para cultura celular tridimensional. Os comprimentos macromoleculares e as densidades de grupos biofuncionais que decoram o polímero podem ser facilmente manipulados enquanto se preserva a mecânica intrínseca não linear, uma característica comumente exibida por redes biológicas fibrosas. Neste trabalho, propomos o uso de géis PIC como plataformas de cultura celular com entradas mecânicas desacopladas e sinais biológicos. Para esse propósito, diferentes tipos de células foram encapsuladas em géis PIC de composições ajustadas que variam sistematicamente na densidade do peptídeo adesivo (GRGDS), comprimento do polímero e concentração; com os dois últimos parâmetros controlando a mecânica do gel. Tanto células cancerosas quanto células musculares lisas cresceram em esferoides multicelulares com taxas de proliferação que dependem da densidade de GRGDS adesivo, independentemente do comprimento do polímero, sugerindo que, para essas células, a entrada biológica prevalece sobre os sinais mecânicos. Em contraste, células-tronco derivadas de adipócitos humanos não formam esferoides, mas sim se espalham. Descobrimos que as mudanças morfológicas dependem fortemente da densidade do ligante adesivo e da mecânica da rede; géis com as maiores densidades de GRGDS e a resposta de endurecimento mais forte ao estresse mostram a maior dispersão. Nossos resultados destacam o papel da mecânica não linear da matriz extracelular e seus miméticos sintéticos na regulação das funções celulares.