Nature Methods | 可调谐的基于水凝胶的微柱阵列用于髓鞘化研究。

寡突胶质细胞通过髓鞘化轴突实现中枢神经系统的快速信号传递。为了模拟调控髓鞘形成的关键生物力学线索，我们开发了一套可调谐的水凝胶基微柱阵列系统，模拟轴突的三维结构和软性。该平台支持寡突胶质的长期培养，以及啮齿动物和人类寡突胶质体强健形成多层致密髓鞘。利用共焦和透射电子显微镜，我们观察到免疫染色髓鞘厚度与髓鞘包裹数量之间存在强烈线性相关，从而实现了高含量的髓鞘定量。在病理生理范围内，柱子刚度、直径和表面化学的系统性变化表明，轴突样底物的力学和几何特性都关键地调控寡突胶质的分化和髓鞘包裹。重要的是，我们证明药物对髓鞘形成表现出硬度依赖性效应，表明过于严格的体外模型可能导致假阳性药物命中。该平台提供一种生理学相关、高通量的检测方法，用于解剖寡突胶质细胞生物学并发现多发性硬化症等疾病的再髓鞘疗法。

该研究以题为“Targeting mechanosensitive EphA2 phase separation to alleviate arterial stiffening”发表在Nature Methods上。a微图案通过微制造技术在无尘室中转移到硅晶圆上。 b图案通过紫外线转印在涂有光刻胶涂层的晶圆上，显影和蚀刻以制作复制成型的主模具。 c在洁净室外，PDMS间隔器在图案区域周围放置，倒入聚丙烯酰胺溶液，在真空下脱气后与TEMED混合以启动聚合。在模具上放置盖片以密封系统，聚合后用凝胶剥离模具。 d，硅晶圆的照片，配有间隔器和聚丙烯酰胺溶液。比例杆，3厘米。 e，18微米直径柱子的SEM图像，柱间距为15微米，高度为100微米（浸入液体时）。比例条，20微米。 f水合FITC标记柱子的共焦图像（直径5微米，间距10微米，高度24微米）。比例杆，50微米。 g，PBS微柱膨胀与模具尺寸的比较;数据均值为±S.D.，由 n = 6个具有不同几何形状的模具。 h细胞培养最终平台示意图，带有包覆凝胶的PDMS腔体，允许涂覆PDL、层联蛋白或纤联素等蛋白质。 i组装后的微柱平台照片。比例杆，1厘米。 j用AFM测量的微柱刚度：0.5 kPa（超软）、5 kPa（软）、20 kPa（中间）和50 kPa（刚性）;数据均值为±S.D.， n = 3个凝胶，每颗凝胶有9次测量。示意图 a–c 以及 h 在Inkscape中创作。

总结

本研究开发了一种基于聚丙烯酰胺水凝胶的可调微柱阵列平台，用于模拟中枢神经系统中轴突的几何与力学微环境。通过光刻与复制模塑技术，该平台可独立调控微柱直径（3–10 μm）、间距（5–15 μm）及刚度（0.5–50 kPa），覆盖从脑组织（约0.5 kPa）到单根轴突（约5 kPa）的生理范围。原代大鼠及人源少突胶质细胞均能在微柱表面形成同心圆状多层致密髓鞘，透射电镜证实其超微结构与体内髓鞘高度相似，且免疫染色显示的髓鞘厚度与包裹层数呈强线性相关，便于高通量定量分析。转录组分析表明，微柱三维拓扑结构可显著上调髓鞘相关基因（Mog、Mag、Mbp）及细胞骨架重塑基因的表达，同时抑制细胞周期通路，促使少突胶质细胞向成熟功能表型分化。

通过系统改变微柱刚度、直径及表面涂层（层粘连蛋白、纤连蛋白），研究发现轴突样基质的硬度和几何尺寸独立调控髓鞘包裹效率，且药物（如苯托品、氯马斯汀）的促髓鞘效果受基质刚度影响——过硬的基底可能产生假阳性结果。该平台还成功应用于人胚胎及多能干细胞来源的少突胶质细胞，并验证了临床相关化合物（GSK239512、辛伐他汀）的促髓鞘活性。这一生理相关的高通量模型为解析髓鞘化机制及筛选脱髓鞘疾病（如多发性硬化）的促髓鞘药物提供了有力工具。

参考消息：

DOI: 10.1038/s41592-026-03048-3