Matrix Stiffness and Nanoscale Spatial Organization of Cell-Adhesive Ligands Direct Stem Cell Fate

Nano Letters

Volumn 15, Issue 7, 2015, Pages 4720-4729

  Ye, Kai ^a   Wang, Xuan ^a   Cao, Luping ^a   Li, Shiyu ^a   Li, Zhenhua ^a   Yu, Lin ^a   Ding, Jiandong ^a  

^a FUDAN UNIVERSITY   (China)

Author keywords

cell adhesion; Matrix stiffness; nanopattern; poly(ethylene glycol) (PEG) hydrogel; RGD nanospacing; stem cell differentiation

Indexed keywords

AMINO ACIDS; CELL ADHESION; CELL CULTURE; CELLS; CYTOLOGY; FLOWCHARTING; HYDROGELS; LIGANDS; NANOTECHNOLOGY; POLYETHYLENE GLYCOLS; POLYOLS; PROTEINS; STEM CELLS; STIFFNESS; SURFACE CHEMISTRY;

COMPRESSIVE MODULI; MESENCHYMAL STEM CELL; NANO PATTERN; NON-SPECIFIC PROTEIN ADSORPTION; REGENERATIVE MEDICINE; RGD NANOSPACING; SPATIAL ORGANIZATION; STEM CELL DIFFERENTIATION;

STIFFNESS MATRIX;

ARGINYL-GLYCYL-ASPARTIC ACID; BIOMATERIAL; HYDROGEL; MACROGOL DERIVATIVE; NANOMATERIAL; OLIGOPEPTIDE;

ANIMAL; CELL ADHESION; CELL CULTURE; CELL DIFFERENTIATION; CHEMISTRY; COMPRESSIVE STRENGTH; CYTOLOGY; HYDROGEL; MESENCHYMAL STROMA CELL; RAT;

ANIMALS; BIOCOMPATIBLE MATERIALS; CELL ADHESION; CELL DIFFERENTIATION; CELLS, CULTURED; COMPRESSIVE STRENGTH; HYDROGELS; MESENCHYMAL STROMAL CELLS; NANOSTRUCTURES; OLIGOPEPTIDES; POLYETHYLENE GLYCOLS; RATS;

EID: 84936805174     PISSN: 15306984     EISSN: 15306992     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/acs.nanolett.5b01619     Document Type: Article

References (60)

1. Discher, D. E.; Mooney, D. J.; Zandstra, P. W. Science 2009, 324 (5935) 1673-1677
2. Watt, F. M.; Huck, W. T. S. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2013, 14 (8) 467-473
3. Walters, N. J.; Gentleman, E. Acta Biomater. 2015, 11, 3-16
4. Lutolf, M. P.; Gilbert, P. M.; Blau, H. M. Nature 2009, 462 (7272) 433-441
5. Lee, J.; Abdeen, A. A.; Zhang, D.; Kilian, K. A. Biomaterials 2013, 34 (33) 8140-8148
6. Yao, X.; Peng, R.; Ding, J. D. Adv. Mater. 2013, 25 (37) 5257-5286
7. Murphy, W. L.; McDevitt, T. C.; Engler, A. J. Nat. Mater. 2014, 13 (6) 547-557
8. Dingal, P. C.; Discher, D. E. Curr. Opin. Biotechnol. 2014, 28, 46-50
9. Mager, M. D.; LaPointe, V.; Stevens, M. M. Nat. Chem. 2011, 3 (8) 582-589
10. Benoit, D. S.; Schwartz, M. P.; Durney, A. R.; Anseth, K. S. Nat. Mater. 2008, 7 (10) 816-823
11. Yao, X.; Hu, Y. W.; Cao, B.; Peng, R.; Ding, J. D. Biomaterials 2013, 34 (36) 9001-9009
12. Kilian, K. A.; Mrksich, M. Angew. Chem., Int. Ed. 2012, 51 (20) 4891-4895
13. Guilak, F.; Cohen, D. M.; Estes, B. T.; Gimble, J. M.; Liedtke, W.; Chen, C. S. Cell Stem Cell 2009, 5 (1) 17-26
14. Discher, D. E.; Janmey, P.; Wang, Y.-L. Science 2005, 310 (5751) 1139-1143
15. Fu, J. P.; Wang, Y. K.; Yang, M. T.; Desai, R. A.; Yu, X. A.; Liu, Z. J.; Chen, C. S. Nat. Methods 2010, 7 (9) 733-736
16. Dalby, M. J.; Gadegaard, N.; Tare, R.; Andar, A.; Riehle, M. O.; Herzyk, P.; Wilkinson, C. D.; Oreffo, R. O. Nat. Mater. 2007, 6 (12) 997-1003
17. Ayala, R.; Zhang, C.; Yang, D.; Hwang, Y.; Aung, A.; Shroff, S. S.; Arce, F. T.; Lal, R.; Arya, G.; Varghese, S. Biomaterials 2011, 32 (15) 3700-3711
18. Pelham, R. J.; Wang, Y.-L. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1997, 94 (25) 13661-13665
19. Engler, A.; Bacakova, L.; Newman, C.; Hategan, A.; Griffin, M.; Discher, D. Biophys. J. 2004, 86 (1) 617-628
20. Missirlis, D.; Spatz, J. P. Biomacromolecules 2014, 15 (1) 195-205
21. Lo, C. M.; Wang, H. B.; Dembo, M.; Wang, Y.-L. Biophys. J. 2000, 79 (1) 144-152
22. Tse, J. R.; Engler, A. J. PLoS One 2011, 6 (1) e15978
23. Gilbert, P. M.; Havenstrite, K. L.; Magnusson, K. E.; Sacco, A.; Leonardi, N. A.; Kraft, P.; Nguyen, N. K.; Thrun, S.; Lutolf, M. P.; Blau, H. M. Science 2010, 329 (5995) 1078-1081
24. Rowlands, A. S.; George, P. A.; Cooper-White, J. J. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 2008, 295 (4) C1037-C1044
25. Engler, A. J.; Sen, S.; Sweeney, H. L.; Discher, D. E. Cell 2006, 126 (4) 677-689
26. Huebsch, N.; Arany, P. R.; Mao, A. S.; Shvartsman, D.; Ali, O. A.; Bencherif, S. A.; Rivera-Feliciano, J.; Mooney, D. J. Nat. Mater. 2010, 9 (6) 518-526
27. Trappmann, B.; Gautrot, J. E.; Connelly, J. T.; Strange, D. G. T.; Li, Y.; Oyen, M. L.; Stuart, M. A. C.; Boehm, H.; Li, B. J.; Vogel, V.; Spatz, J. P.; Watt, F. M.; Huck, W. T. S. Nat. Mater. 2012, 11 (7) 642-649
28. Wen, J. H.; Vincent, L. G.; Fuhrmann, A.; Choi, Y. S.; Hribar, K. C.; Taylor-Weiner, H.; Chen, S. C.; Engler, A. J. Nat. Mater. 2014, 13 (10) 979-987
29. Graeter, S. V.; Huang, J. H.; Perschmann, N.; Lopez-Garcia, M.; Kessler, H.; Ding, J. D.; Spatz, J. P. Nano Lett. 2007, 7 (5) 1413-1418
30. Giancotti, F. G.; Ruoslahti, E. Science 1999, 285 (5430) 1028-1033
31. Dalby, M. J.; Gadegaard, N.; Oreffo, R. O. C. Nat. Mater. 2014, 13 (6) 558-569
32. Xiong, J. P.; Stehle, T.; Zhang, R. G.; Joachimiak, A.; Frech, M.; Goodman, S. L.; Arnaout, M. A. Science 2002, 296 (5565) 151-155
33. Glass, R.; Möller, M.; Spatz, J. P. Nanotechnology 2003, 14 (10) 1153-1160
34. Tran, H.; Killops, K. L.; Campos, L. M. Soft Matter 2013, 9 (29) 6578-6586
35. Cavalcanti-Adam, E. A.; Micoulet, A.; Blummel, J.; Auernheimer, J.; Kessler, H.; Spatz, J. P. Eur. J. Cell Biol. 2006, 85 (3-4) 219-224
36. Arnold, M.; Hirschfeld-Warneken, V. C.; Lohmuller, T.; Heil, P.; Blummel, J.; Cavalcanti-Adam, E. A.; Lopez-Garcia, M.; Walther, P.; Kessler, H.; Geiger, B.; Spatz, J. P. Nano Lett. 2008, 8 (7) 2063-2069
37. Wang, X.; Yan, C.; Ye, K.; He, Y.; Li, Z. H.; Ding, J. D. Biomaterials 2013, 34 (12) 2865-2874
38. Wang, X.; Ye, K.; Li, Z. H.; Yan, C.; Ding, J. D. Organogenesis 2013, 9 (4) 280-286
39. Tang, J.; Peng, R.; Ding, J. D. Biomaterials 2010, 31 (9) 2470-2476
40. Peng, R.; Yao, X.; Ding, J. D. Biomaterials 2011, 32 (32) 8048-8057
41. Peng, R.; Yao, X.; Cao, B.; Tang, J.; Ding, J. D. Biomaterials 2012, 33 (26) 6008-6019
42. Deeg, J. A.; Louban, I.; Aydin, D.; Selhuber-Unkel, C.; Kessler, H.; Spatz, J. P. Nano Lett. 2011, 11 (4) 1469-1476
43. Schvartzman, M.; Palma, M.; Sable, J.; Abramson, J.; Hu, X.; Sheetz, M. P.; Wind, S. J. Nano Lett. 2011, 11 (3) 1306-1312
44. Wang, X.; Li, S. Y.; Yan, C.; Liu, P.; Ding, J. D. Nano Lett. 2015, 15 (3) 1457-1467
45. Arnold, M.; Cavalcanti-Adam, E. A.; Glass, R.; Blummel, J.; Eck, W.; Kantlehner, M.; Kessler, H.; Spatz, J. P. ChemPhysChem 2004, 5 (3) 383-388
46. Huang, J. H.; Graeter, S. V.; Corbellini, F.; Rinck, S.; Bock, E.; Kemkemer, R.; Kessler, H.; Ding, J. D.; Spatz, J. P. Nano Lett. 2009, 9 (3) 1111-1116
47. Yao, X.; Peng, R.; Ding, J. D. Biomaterials 2013, 34 (4) 930-939
48. Aydin, D.; Louban, I.; Perschmann, N.; Blummel, J.; Lohmuller, T.; Cavalcanti-Adam, E. A.; Haas, T. L.; Walczak, H.; Kessler, H.; Fiammengo, R.; Spatz, J. P. Langmuir 2010, 26 (19) 15472-15480
49. Sun, J. G.; Graeter, S. V.; Yu, L.; Duan, S. F.; Spatz, J. P.; Ding, J. D. Biomacromolecules 2008, 9 (10) 2569-2572
50. Kantlehner, M.; Finsinger, D.; Meyer, J.; Schaffner, P.; Jonczyk, A.; Diefenbach, B.; Nies, B.; Kessler, H. Angew. Chem., Int. Ed. 1999, 38 (4) 560-562
51. Huang, J. H.; Ding, J. D. Soft Matter 2010, 6 (15) 3395-3401
52. Perschmann, N.; Hellmann, J. K.; Frischknecht, F.; Spatz, J. P. Nano Lett. 2011, 11 (10) 4468-4474
53. Liu, Y.; Medda, R.; Liu, Z.; Galior, K.; Yehl, K.; Spatz, J. P.; Cavalcanti-Adam, E. A.; Salaita, K. Nano Lett. 2014, 14 (10) 5539-5546
54. Ezzell, R. M.; Goldmann, W. H.; Wang, N.; Parasharama, N.; Ingber, D. E. Exp. Cell Res. 1997, 231 (1) 14-26
55. Platzman, I.; Muth, C. A.; Lee-Thedieck, C.; Pallarola, D.; Atanasova, R.; Louban, I.; Altrock, E.; Spatz, J. P. RSC Adv. 2013, 3 (32) 13293-13303
56. McBeath, R.; Pirone, D. M.; Nelson, C. M.; Bhadriraju, K.; Chen, C. S. Dev. Cell 2004, 6 (4) 483-495
57. Vogel, V.; Sheetz, M. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2006, 7 (4) 265-275
58. Geiger, B.; Spatz, J. P.; Bershadsky, A. D. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2009, 10 (1) 21-33
59. Holle, A. W.; Engler, A. J. Curr. Opin. Biotechnol. 2011, 22 (5) 648-654
60. Carisey, A.; Tsang, R.; Greiner, A. M.; Nijenhuis, N.; Heath, N.; Nazgiewicz, A.; Kemkemer, R.; Derby, B.; Spatz, J.; Ballestrem, C. Curr. Biol. 2013, 23 (4) 271-281