廣東
在人體眼中，視網膜色素上皮細胞與感光細胞之間存在著密切的物理相互作用，這對于維持視網膜的健康和功能至關重要。然而，現有的體外細胞培養系統難以真實地重建這一關鍵的RPE-視網膜界面，特別是無法模擬RPE頂側與感光細胞外節之間相互交聯的精細結構。這一技術空白限制了科學家對RPE如何維持視網膜功能、特別是在其核心生理過程——每日吞噬并更新感光細胞外節老化尖端——中的生物力學機制進行深入研究。因此，開發一種能夠模擬RPE-視網膜物理界面、并允許量化研究兩者間力學相互作用的體外模型，成為該領域亟待解決的關鍵問題。
基于以上問題，芬蘭坦佩雷大學研究團隊Teemu O. Ihalainen、Soile Nymark教授團隊開發出一種仿生水凝膠平臺，成功模擬了視網膜色素上皮細胞與感光細胞之間的物理相互作用，首次證實RPE細胞在吞噬感光細胞外節過程中會產生顯著的牽引力，相關成果以《Biomimetic hydrogel platform reveals active force transduction from retinal pigment epithelium to photoreceptors》為題，發表在《Acta Biomaterialia》期刊上。
圖1：RPE-水凝膠相互作用示意圖
制備方案：
聚丙烯酰胺水凝膠的構建：將丙烯酰胺和雙丙烯酰胺按10%和0.03%的比例在PBS中混合，真空脫氣后加入0.2% TEMED和1%過硫酸銨引發聚合。將混合液滴加在塑料細胞培養皿蓋上，蓋上更小尺寸的培養皿蓋，室溫聚合20分鐘。聚合后用打孔器將水凝膠切割成直徑6mm的圓片，以適應24孔細胞培養insert。
水凝膠表面功能化：將水凝膠在2 mg/mL L-DOPA中避光孵育30分鐘，PBS洗滌兩次。然后用0.1 mg/mL Matrigel孵育1小時，PBS洗滌一次。使用前用紫外光滅菌15分鐘。
文章亮點：
第一，成功構建了可模擬RPE-視網膜界面機械特性的仿生水凝膠平臺。研究選用彈性模量為2.8 kPa的聚丙烯酰胺水凝膠（模擬感光細胞層剛度），通過L-DOPA介導的Matrigel涂層模擬光感受器間基質。該平臺首次實現了RPE細胞頂側與仿生材料的物理相互作用建模。
第二，驗證了水凝膠對RPE細胞形態和功能的兼容性。免疫熒光染色顯示，與水凝膠共培養的RPE細胞正常表達Na?/K?-ATPase、CRALBP、Claudin-19、Bestrophin、ZO-1、Ezrin等特征性標志物，VEGF分泌呈現正常的基底側優勢極性和時間依賴性增加。
第三，量化了RPE與仿生視網膜之間的粘附力。通過流變學粘附測試測得RPE-水凝膠最大粘附力約50±10 mN（相當于1700±400 pN/μm2），粘附能約11.2±4.9 μJ/cm2。證實粘附依賴于完整的肌動蛋白細胞骨架。
第四，證實RPE細胞能向頂端水凝膠傳遞牽引力。牽引力顯微鏡分析顯示，RPE細胞產生平均430±180 Pa（pN/μm2）的側向應力。細胞松弛素D處理后牽引應力顯著降低，證明力的產生源于RPE細胞的肌動蛋白骨架收縮性。
第五，揭示了RPE在感光細胞外節吞噬過程中主動產生并聚焦物理力。將POS顆粒嵌入水凝膠表面后，RPE細胞在POS附近產生顯著的牽引應力，顯著高于無POS區域。細胞松弛素D處理后牽引應力降低。該發現突破了RPE被動清除脫落POS的傳統觀點，支持RPE作為機械活動參與者的新認知。
https://doi.org/10.1016/j.actbio.2025.09.002
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