4D force patterning enables spatial control of angiogenesis
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Engineering organized microvascular networks remains a critical challenge in tissue engineering and regenerative medicine. While biochemical approaches for patterning angiogenesis via growth factor delivery have shown promise, their inability to pattern sustained growth factors with spatiotemporal control limits effectiveness. Here, we demonstrate that dynamically patterned mechanical forces enable precise spatiotemporal control over angiogenic sprouting. We developed a magnetically actuated human vessel-on-a-chip platform that integrates a perfusable endothelialized microchannel within a collagen matrix and allows non-invasive and tunable mechanical stimulation across three spatial dimensions and time (4D). Using an automated 3-axis actuator, we systematically investigated how strain magnitude, frequency, and direction modulate endothelial cell behavior and vessel morphogenesis. Dynamic mechanical stimulation at physiological strain magnitudes (5–15%) enhanced endothelial alignment and barrier function while promoting angiogenesis in a strain-magnitude–dependent manner: lower dynamic strain (5%) maximized sprout initiation, whereas higher dynamic strain (15%) promoted elongation of sprouts. Sequential reorientation of strain direction reprogrammed sprouting trajectories along X, Y, and Z directions, generating complex sprout geometries such as L-shaped branches. RNA sequencing revealed mechanically induced transcriptional profiles distinct from unstimulated controls, characterized by upregulation of genes associated with angiogenesis, mechanotransduction, and extracellular matrix remodeling. Functional perturbation of Piezo1 reduced strain-induced sprouting without altering barrier stabilization, indicating that dynamic mechanical stimulation engages multiple mechanotransduction pathways to regulate angiogenesis. Collectively, these findings establish a strategy for spatiotemporally controlled angiogenesis through 4D force patterning to program vascular morphogenesis while preserving function. This approach provides a foundation for engineering hierarchically organized vascular networks for tissue regeneration. Significance Generation of spatially organized, perfusable microvascular networks is essential for building functional human tissues. Biochemical approaches to pattern angiogenesis rely on diffusive growth factors, which limit control over spatiotemporal sprouting dynamics. Here, we demonstrate that dynamically patterned mechanical forces direct vascular morphogenesis across three spatial dimensions and time (4D). Using a magnetically actuated human vessel-on-a-chip, we show how strain magnitude and orientation govern angiogenic sprouting and reveal transcriptional programs linking mechanical cues to observed functional changes. For the first time, we show that dynamic reorientation of imposed forces can reprogram angiogenic trajectories in real-time. This platform enables programmable mechanical control of angiogenesis and systematic dissection of mechanotransduction pathways, advancing strategies for tissue vascularization, and modeling mechanically regulated vascular diseases.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».