《Journal of Biomedical Materials Research Part A》：Hyaluronic Acid-Based, Double Network Hydrogels With Tunable Viscoelasticity for Neural Cell Culture
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本文开发了一种基于透明质酸（HA）的双网络水凝胶平台，通过共价光交联网络（硫醇-烯）调控弹性模量（G′），动态交联网络（腙键）调控粘性模量（G″），实现了对中枢神经系统（CNS）组织力学特性的独立模拟。研究证实，该材料在保持储能模量（G′）不变的前提下，将损耗因子（tan(δ）提升4倍，显著促进胶质母细胞瘤（GBM）细胞扩散和小鼠神经干细胞（mNSC）的神经元分化，为解密脑组织力学影响细胞表型提供了关键工具。
1 引言
脑组织是哺乳动物中最柔软且最具粘弹性的组织，其力学特性深刻影响细胞表型。传统3D培养水凝胶难以独立调控弹性（G′）与粘性（G″），无法解耦二者对细胞行为的单独作用。本研究通过构建HA基双网络水凝胶，首次实现弹性与粘性的正交调控，为模拟中枢神经系统（CNS）力学环境提供新平台。
2 材料与方法
水凝胶构建：双网络由共价交联的HA-SH/PEG-降冰片烯网络（弹性网络）和动态可逆的HA-ADH/PEG-醛基网络（粘性网络）组成。通过调控交联剂比例，制备软（G′≈200 Pa）与硬（G′≈900 Pa）两种弹性条件，并分别对比单/双网络的粘弹性差异。
力学表征：流变学测试显示，双网络水凝胶的损耗因子（tan(δ）较单网络提升约4-5倍（软双网络：0.053±0.006 vs. 单网络：0.009±0.001），而储能模量无显著变化。应力松弛实验表明，双网络在30分钟内松弛至初始模量的50%，显著快于单网络（松弛至75%）。
生物学验证：将患者来源的GBM细胞（HK177、GS54系）和小鼠神经干细胞（mNSC）封装于水凝胶中，通过EdU增殖实验、免疫荧光染色（Nestin、GFAP、βIII-tubulin）评估细胞行为。
3 结果
3.1 粘弹性独立调控
双网络在维持弹性模量（软双网络：212±19 Pa；硬双网络：865±51 Pa）的同时，显著提升粘性（tan(δ）约5倍。微压痕测试证实杨氏模量无组间差异，而应力松弛速率加倍（p<0.0001）。
3.2 扩散与降解特性
双网络溶胀率更高（p<0.01），但70 kDa/150 kDa FITC-葡聚糖扩散速率无显著差异，表明粘弹性调控未影响网络孔径。酶降解实验中，软双网络被透明质酸酶降解更快（p<0.0001），符合生物可降解需求。
3.3 GBM细胞行为
在硬双网络中，GBM细胞扩散显著增强，球形聚集体解离为单细胞浸润模式；HK177系在双网络中增殖提升（p<0.05），而GS54系仅对弹性变化敏感，体现患者异质性。
3.4 mNSC表型调控
双网络环境中mNSC的Nestin（干细胞标志物）表达降低（p<0.01），细胞扩散增强。增殖实验显示，软弹性条件促进增殖（p<0.05），但粘性增加会抑制此效应。分化方面，软双网络显著提升神经元标志物βIII-tubulin表达（p<0.05），而GFAP（星形胶质细胞标志物）在粘性环境中普遍下调。
4 讨论
本研究通过正交调控水凝胶的弹性与粘性，首次揭示粘弹性对神经细胞行为的独立影响：GBM细胞的扩散与增殖受粘性主导，而mNSC的分化方向由弹性与粘性协同调控。双网络设计克服了传统材料中力学参数耦合的局限，为模拟脑肿瘤微环境及神经发育研究提供了精准工具。未来可借助该平台探究机械敏感通道（如TRPV4、Piezo）在粘弹性感知中的作用机制。
5 结论
HA基双网络水凝胶成功实现弹性与粘性的独立调控，显著影响GBM和mNSC的形态、增殖与分化，证实力学微环境在神经细胞行为中的关键作用，为CNS疾病模型构建及组织工程提供新策略。
