双网络水凝胶登上Nature子刊：龚建萍与Shinya Tanaka在水凝胶上编程癌症干细胞

癌症组织由异质性种群组成，其中包含一些癌症干细胞（CSC）和大多数分化的非CSC。CSC的增长速度很慢，且是抗治疗的。，CSCs能够在细胞外排泄化学治疗剂并增强对活性氧的保护作用，这对靶点治疗尤为重要。但鉴定CSC细胞非常困难，因为它们仅少量存在于癌组织中。目前，迫切需要建立CSC的快速检测方法。
日本北海道大学Shinya Tanaka与龚建萍团队用双网络（DN）水凝胶来有效检测CSC，DN凝胶由聚（2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸）（PAMPS）和聚（N，N-二甲基丙烯酰胺）（PDMAAm）组成，杨氏模量约300 kPa。聚合物水凝胶由含大量水的网络结构组成，且弹性模量能够模拟人体组织，因此它们表现出类似于生物组织的柔软和湿润的特性。这种水凝胶可以刺激细胞膜，并诱导细胞反应，引起各种基因表达。成果以“Rapid reprogramming of tumour cells into cancer stem cells on double-network hydrogels”发表在期刊《Nature Biomedical Engineering》。重点与亮点：1，双网络水凝胶可迅速地将分化的癌细胞重新编程为CSC。DN凝胶起着调节干细胞的微环境作用，以诱导癌干细胞。6种人类癌细胞系接种在DN凝胶上后，细胞开始聚集，在24小时内形成代表CSC的球形胶体，并观察到与癌症干性相关的标记基因。2.与在单网络凝胶上培养的脑癌细胞相比，在DN水凝胶上培养并颅内注射到免疫缺陷小鼠中的人脑癌细胞具有更高的致瘤性。3，DN凝胶可与包括整联蛋白的细胞表面蛋白相互作用，诱导酪氨酸激酶的磷酸化，凝胶诱导的原发性脑癌细胞的CSC被血小板衍生的生长因子受体的抑制剂消除，从而诱导与细胞干性相关的蛋白（如SHH 29和GLI1 ）的表达。4，这项工作使用DN凝胶来证明癌细胞重编程的分子机制，这将有助于鉴定特异性根除CSC的试剂，从而改善未来癌症患者治疗。作者认为，DN凝胶诱导CSCs可能会促进三项临床应用：鉴定新的CSC标记物，从而能够筛查各种不同癌症的治疗方法，如发病率不断上升的间皮瘤；使用DN凝胶和来自患者的活检标本进行CSC的早期诊断，然后可以通过分子靶向治疗对患者进行治疗；高通量试剂筛选，尤其是用于消灭CSC的试剂。图1：DN凝胶快速诱导6种人类癌细胞系的CSC。图8：水凝胶活化的重编程现象的分子机理。原文链接：https://www.nature.com/articles/s41551-021-00692-2