细胞外基质（ECM）不仅提供结构和生化支持，更通过动态的力学属性深刻影响细胞行为。ECM 的刚度变化可调控细胞黏附、迁移、增殖和分化，尤其对间充质干细胞（MSCs）等具有关键意义：较硬基质促进成骨分化，而较软环境则有利于神经分化。异常ECM 力学状态还与肿瘤、纤维化及心血管疾病等病理过程密切相关，使力学生物学成为快速发展的研究方向。然而，细胞如何感知和整合动态机械信号仍不完全明确，因此构建能够模拟ECM 且具可逆刚度调控能力的材料至关重要。

  2025年12月5日，相关成果以“Photo-Responsive Peptide Hydrogels with Tunable Stiffness via Water Switching for Cell Fate Regulation”为题发表于学术期刊Advanced Functional Materials上。论文第一作者为2023级博士生吴征，通讯作者为管君副教授和尹梅贞教授。该研究获国家自然科学基金资助。

摘要图：光响应短肽凝胶通过水合作用实现模量可逆调控

  研究团队以人软骨基质在站立和蹲下软骨基质模量调控行为为仿生原型，提出一种系统性的仿生光响应水合凝胶框架：首先，研究者将螺吡喃（SP）单元引入基于 DFYD 的肽中，构筑形成共组装网络的水凝胶，且其临界成胶浓度低至 0.2 wt.% 。在呈两性离子形式的、开环的merocyanine（MC）状态下，凝胶能够保持更多水分，因此表现为柔软态。可见光照射下，MC/SP 的异构化降低了分子的极性，使凝胶排出部分水分，从而提升其刚度。该类水凝胶在两种状态下均表现出优良的生物相容性，并可通过光控刚度调节显著促进细胞增殖与分化。本研究为构建用于再生治疗的智能水凝胶提供了一条新的策略途径。

图1.a) 示意图：人软骨 ECM 在静息与行走活动中，其刚度随机械环境变化的调节机制。b) 通过引入螺吡喃作为光响应“水开关”的动态 ECM 模拟肽水凝胶示意。c) 光控制的水凝胶刚度调节可促进细胞的增殖与分化。

图2. (a–e) 不同肽比例（a）2:8、(b) 4:6、(c) 5:5、(d) 6:4、(e) 8:2 条件下，MC-Gel 与 SP-Gel 在光照作用下的储能模量（G′）变化。(f) 三次重复实验所得不同肽比例下模量变化量（ΔG′）的平均值及比例分析。(g) 5:5 体系在三轮可见光 / 紫外光循环中的可逆刚度切换行为。(h) 未光照前不同比例 MC-Gels 的 G′ 随时间稳定性。(i) 光照后不同比例 SP-Gels 的 G′ 随时间稳定性。

  原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202526641