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本研究针对当前工程化肿瘤模型中缺乏对胶原蛋白（Collagen）和纤维蛋白（Fibrin）两种关键胞外基质（ECM）蛋白相互作用及结构-功能关系认识的空白，通过调控蛋白比例和聚合序列，系统表征了胶原蛋白-纤维蛋白互穿水凝胶的纤维微结构与生物力学特性（如扩散性、杨氏模量、细胞诱导收缩）。结果揭示了纤维蛋白含量增加会减小复合材料孔径并降低扩散性，而杨氏模量仅在低纤维蛋白含量时升高，聚合序列则显著影响微结构。该研究为设计和分析新型工程化肿瘤模型生物材料提供了定量的知识基础，对准确重构体内肿瘤微环境（TME）具有重要指导意义。
在对抗癌症的征途上，科学家们不仅需要理解癌细胞的“内心”，还需要解读它们所处的“家园”——肿瘤微环境（Tumor Microenvironment, TME）。这个复杂的“家园”由多种细胞和非细胞成分构成，其中，由蛋白质交织而成的胞外基质（Extracellular Matrix, ECM）就像支撑房屋的骨架和墙壁，不仅提供物理结构，还深刻影响着癌细胞的生长、迁移，甚至是对药物的抵抗能力。在众多ECM蛋白中，胶原蛋白（Collagen）和纤维蛋白（Fibrin）扮演着尤为关键的角色。胶原蛋白是构成结缔组织的主要成分，在肿瘤中往往过度沉积，形成致密、坚硬的纤维化基质（Desmoplastic Stroma），如同为肿瘤筑起了一道难以攻克的“城墙”。而纤维蛋白，通常与血液凝固相关，在肿瘤中，由于渗漏的血管，也会大量沉积在细胞间隙，与胶原网络交织在一起。
尽管以微生理系统（Microphysiological Systems, MPS）、类器官和3D打印组织为代表的工程化肿瘤模型正在蓬勃发展，试图在体外重现肿瘤的复杂性，但这些模型在重构胶原蛋白和纤维蛋白这两种关键ECM蛋白的动态相互作用方面存在显著不足。在真实的肿瘤中，这两种蛋白经历着持续并行的合成与降解，其相互作用如何塑造ECM的微观结构，进而影响基质的力学性质、物质扩散和细胞行为，仍是一个巨大的知识盲区。这种对胶原蛋白-纤维蛋白互穿网络结构-功能关系认识的缺失，严重限制了能够可靠模拟体内肿瘤基质微环境的生物材料的设计。为了填补这一空白，一项发表在《Acta Biomaterialia》上的研究应运而生，旨在系统揭示胶原蛋白与纤维蛋白的“共舞”如何决定其“家园”的物理特性。
为了探究上述问题，研究团队开展了一系列严谨的实验。他们以胰腺导管腺癌（Pancreatic Ductal Adenocarcinoma, PDAC）——一种以富含胶原和纤维蛋白的纤维化间质为特征的癌症——为主要背景，通过免疫荧光染色观察了小鼠和人类PDAC组织中胶原和纤维蛋白的分布。在材料构建上，研究人员制备了不同胶原蛋白与纤维蛋白比例（如1:0, 0:1, 1:1, 0.5:1, 1:0.5）的互穿水凝胶，并设计了两种聚合序列：共聚合（胶原与纤维蛋白同时聚合）和顺序聚合（先聚合胶原，后聚合纤维蛋白）。研究采用了多种关键技术方法进行表征：利用扫描电子显微镜（Scanning Electron Microscopy, SEM）和共聚焦显微镜（Confocal Microscopy）对水凝胶的纤维微观结构进行高分辨率成像和定量分析（如纤维直径、节点数、空隙率）；通过集成光学成像（Integrative Optical Imaging, IOI）方法，测量荧光标记的葡聚糖（模拟药物分子，如4 kDa和40 kDa）在水凝胶中的有效扩散系数（Diffusivity），以评估其物质传输特性；采用平冲头压痕法（Flat Punch Indentation）测量水凝胶的杨氏模量（Young’s Modulus），表征其力学刚度；通过浊度测定法（Turbidity Assay）分析胶原和纤维蛋白的聚合动力学；最后，将胰腺癌来源的癌症相关成纤维细胞（Cancer-Associated Fibroblasts, CAFs）包裹在水凝胶中，进行收缩实验，观察细胞对基质的重塑能力。
3.1. 体内PDAC组织中动态的胶原蛋白-纤维蛋白基质结构
研究人员首先确认了研究模型的生理相关性。免疫荧光图像显示，无论是在小鼠还是人类PDAC肿瘤组织中，胶原蛋白（红色）和纤维蛋白（绿色）均存在显著表达，其丰度相当，但空间分布模式存在差异。在人类PDAC组织中，纤维蛋白尤其密集地沉积在胰腺导管（图中以*标示）周围。这突出了在工程化肿瘤模型中同时纳入胶原蛋白和纤维蛋白以更好地模拟体内TME的重要性。
3.2. 胶原蛋白-纤维蛋白聚合的聚合物微观结构和动力学分析
通过SEM观察发现，与纯胶原水凝胶相比，胶原-纤维蛋白复合水凝胶呈现出更多可辨别的细纤维，形成类似“蜘蛛网”的结构，这很可能源于纤维蛋白的形成。聚合动力学分析表明，纤维蛋白的聚合速度最快，而胶原蛋白则显著延迟。当两者共存时，胶原-纤维蛋白复合物的聚合滞后时间更接近纤维蛋白，但最大聚合速率低于纯纤维蛋白，表明胶原蛋白的存在减缓了纤维蛋白的聚合速率。
3.3. 纤维蛋白基质改变胶原蛋白-纤维蛋白水凝胶的生物力学特性
扩散性测量结果显示，与纯胶原基质相比，含有纤维蛋白原或纤维蛋白的复合基质，其小分子（4 kDa和40 kDa葡聚糖）扩散性均显著降低，降幅最高达1.5倍。重要的是，用纤溶酶（Plasmin）降解纤维蛋白后，扩散性得到了部分恢复（恢复约48%-87%），但未能完全恢复到纯胶原基质的水平。力学测试结果出人意料：尽管总蛋白浓度相同（6 mg/mL），但胶原-纤维蛋白（原）复合水凝胶的杨氏模量显著低于纯胶原水凝胶。纤溶酶处理后，模量进一步降低。
3.4. 纤维蛋白浓度调节胶原蛋白-纤维蛋白的微观结构-功能
通过改变胶原与纤维蛋白的比例，研究人员发现微观结构和功能随之发生系统变化。随着纤维蛋白含量的增加，SEM图像显示平均纤维直径减小，在纤维蛋白比例最高（0.5:1）时达到最小值。扩散性随纤维蛋白浓度增加呈指数衰减。杨氏模量则在胶原:纤维蛋白比例为1:0.5时达到峰值，高于或低于此比例时模量均下降，甚至低于纯胶原水凝胶。将CAFs包裹在不同比例的水凝胶中进行培养，发现细胞的收缩指数与基质的杨氏模量正相关：最硬（1:0.5比例）的水凝胶收缩最少（即细胞最难收缩基质），而最软（1:1比例）的水凝胶收缩最明显。
3.5. 聚合序列对胶原蛋白-纤维蛋白微观结构影响的探究
聚合顺序对最终结构有显著影响。顺序聚合（先胶后纤）制备的水凝胶，其纤维网络密度更高，细纤维更密集，导致孔隙结构可见度降低。与共聚合水凝胶相比，顺序聚合水凝胶的平均纤维直径分布更窄，扩散性有降低趋势，杨氏模量有升高趋势，但统计学上不显著。相应地，CAFs在顺序聚合水凝胶中的收缩能力也弱于在共聚合水凝胶中。
3.6. 标记胶原蛋白和纤维蛋白的复合凝胶共聚焦分析
通过荧光标记和共聚焦显微镜，可以直接分辨胶原纤维（红色）和纤维蛋白纤维（绿色）。图像清晰地显示，在共聚合条件下，纤维蛋白纤维似乎被限制在胶原网络的有限空间内形成；而在顺序聚合条件下，胶原纤维更粗、更伸长、更刚硬，形成了一个坚实的支架，纤维蛋白纤维则更接近于其
