Abstract Human mesenchymal stem cells (hMSCs), when cultured on tissue culture plate (TCP) for in vitro expansion, they spontaneously lose their proliferative capacity and multi-lineage differentiation potential. They also lose their distinct spindle morphology and become large and flat. After a certain number of population doubling, they enter into permanent cell cycle arrest, called senescence. This is a major roadblock for clinical use of hMSCs which demands large number of cells. A cell culture system is needed which can maintain the stemness of hMSCs over long term passages yet simple to use. In this study, we explore the role of substrate rigidity in maintaining stemness. hMSCs were serially passaged on TCP and 5 kPa poly-acrylamide gel for 20 population doubling. It was found that while on TCP, cell growth reached a plateau at cumulative population doubling (CPD) = 12.5, on 5 kPa gel, they continue to proliferate linearly till we monitored (CPD = 20). We also found that while on TCP, late passage MSCs lost their adipogenic potential, the same was maintained on soft gel. Cell surface markers related to MSCs were also unaltered. We demonstrated that this maintenance of stemness was correlated with delay in onset of senescence, which was confirmed by β-gal assay and by differential expression of vimentin, Lamin A and Lamin B. As preparation of poly-acrylamide gel is a simple, well established, and well standardized protocol, we believe that this system of cell expansion will be useful in therapeutic and research applications of hMSCs. One Sentence Summary hMSCs retain their stemness when expanded in vitro on soft polyacrylamide gel coated with collagen by delaying senescence. Significance Statement For clinical applications, mesenchymal stem cells (MSCs) are required in large numbers. As MSCs are available only in scarcity in vivo , to fulfill the need, extensive in vitro expansion is unavoidable. However, on expansion, they lose their replicative and multi-lineage differentiation potential and become senescent. A culture system that can maintain MSC stemness on long-term expansion, without compromising the stemness, is need of the hour. In this paper, we identified polyacrylamide (PAA) hydrogel of optimum stiffness that can be used to maintain stemness of MSCs during in vitro long term culture. Large quantity of MSCs thus grown can be used in regenerative medicine, cell therapy, and in treatment of inflammatory diseases.

Recent advancements in soft robotics have led to the development of compliant robots that can exhibit complex motions driven by living cells( 1 , 2 ), chemical reactions( 3 ), or electronics( 4 ). Further innovations are however needed to create the next generation of soft robots that can carry out advanced functions beyond locomotion. Here we describe DraBot —a dragonfly-inspired, entirely soft, multifunctional robot that combines long-term locomotion over water surface with sensing, responding, and adaptation capabilities. By integrating soft actuators, stimuli-responsive materials, and microarchitectural features, we created a circuitry of pneumatic and microfluidic logic that enabled the robot to undergo user- and environment-controlled (pH) locomotion, including navigating hazardous (acidic) conditions. DraBot was also engineered to sense additional environmental perturbations (temperature) and detect and clean up chemicals (oil). The design, fabrication, and integration strategies demonstrated here pave a way for developing futuristic soft robots that can acclimatize and adapt to harsh conditions while carrying out complex tasks such as exploration, environmental remediation, and health care in complex environments.

Abstract Osteosarcoma (OS) is a lethal disease with few known targeted therapies. Here we show that decreased ATRX expression is associated with more aggressive tumor cell phenotypes, including increased growth, migration, invasion, and metastasis. These phenotypic changes correspond with activation of NF-κB signaling, extracellular matrix remodeling, increased integrin αvβ3 expression, and ETS family transcription factor binding. Here we characterize these changes in vitro , in vivo , and in a dataset of human OS patients. This increased aggression substantially sensitizes ATRX -deficient OS cells to integrin signaling inhibition. Thus, ATRX plays an important tumor suppression role in OS, and loss of function of this gene may underlie new therapeutic vulnerabilities. The relationship between ATRX expression and integrin binding, NF-κB activation, and ETS family transcription factor binding has not been described in previous studies and may impact the pathophysiology of other diseases with ATRX loss, including other cancers and the ATR-X alpha thalassemia mental retardation syndrome.

Directed cell migration in response to chemical and mechanical gradients plays a crucial role in physiological and pathological conditions. One such mechanical cues that is known to influences cell migration is the gradient of substrate elastic modulus (E). However, the elastic modulus alone cannot fully define the material properties of the cellular microenvironment, which often has both elastic and viscous characteristics. In this study, we investigated the influence of the gradient of viscous nature, as defined by loss modulus, G", on cell migration. We cultured human mesenchymal stem cells (hMSCs) on a collagen-coated polyacrylamide gel with constant elastic property, as defined by the storage modulus G', but with the gradient of loss modulus G". We found hMSCs to migrate from high to low loss modulus. We have termed this, thus far unreported, directional cellular migration as "Viscotaxis". We have confirmed uniform collagen density and constant storage modulus of the gel by fluorescence microscopy and atomic force microscopy to eliminate the possibilities of haptotaxis and durotaxis. We hypothesize that material creep in the high loss modulus region hinders the building up of the cellular traction, leading to a force asymmetry that drives the observed viscotaxis. To verify our hypothesis, we estimated the cellular traction on gels with high and low loss moduli. We indeed found that cells apply higher traction force on more elastic materials i.e. materials with low loss modulus. On the disruption of actomyosin contractility with myosin inhibitor blebbistatin and ROCK inhibitor Y27632, directional migration was lost. Further, we showed that cells can maintain a stable morphology on a low loss modulus substrate but due to its inability to build up stable cellular traction on a substrate with high loss modulus, the cell spreading remains in a dynamic state. Our findings in this paper highlight the importance of considering the viscous modulus while preparing stiffness-based substrates for the field of tissue engineering.

Abstract Survival for metastatic breast cancer is low and thus, continued efforts to treat and prevent metastatic progression are critical. Estrogen is shown to promote aggressive phenotypes in multiple cancer models irrespective of estrogen receptor (ER) status. Similarly, UDP-Glucose 6-dehydrogenase (UGDH) a ubiquitously expressed enzyme involved in extracellular matrix precursors, as well as hormone processing increases migratory and invasive properties in cancer models. While the role of UGDH in cellular migration is defined, how it intersects with and impacts hormone signaling pathways associated with tumor progression in metastatic breast cancer has not been explored. Here we demonstrate that UGDH knockdown blunts estrogen-induced tumorigenic phenotypes (migration and colony formation) in ER+ and ER- breast cancer in vitro . Knockdown of UGDH also inhibits extravasation of ER- breast cancer ex vivo , primary tumor growth and animal survival in vivo in both ER+ and ER- breast cancer. We also use single cell RNA-sequencing to demonstrate that our findings translate to a human breast cancer clinical specimen. Our findings support the role of estrogen and UGDH in breast cancer progression provide a foundation for future studies to evaluate the role of UGDH in therapeutic resistance to improve outcomes and survival for breast cancer patients.