中大新聞網(wǎng)訊（通訊員王山峰）組織再生是細(xì)胞增殖、分化和組織形態(tài)形成的協(xié)同過程。對(duì)于原位組織工程，生物材料需要具有適宜的生物物理與化學(xué)信號(hào)以促進(jìn)損傷部位的功能恢復(fù)，生物活性信號(hào)對(duì)原位組織再生過程中的內(nèi)源性祖細(xì)胞、干細(xì)胞以及局部組織微環(huán)境的響應(yīng)發(fā)揮關(guān)鍵作用。因此，優(yōu)化細(xì)胞對(duì)植入生物材料的響應(yīng)在組織再生至關(guān)重要。基底模量已被廣泛認(rèn)為是影響細(xì)胞行為和功能的關(guān)鍵因素之一。然而，基底模量對(duì)于體外細(xì)胞行為影響的眾多結(jié)果尚未系統(tǒng)地與具有更復(fù)雜的生物力學(xué)、化學(xué)和拓?fù)涮卣鞯捏w內(nèi)真實(shí)微環(huán)境相關(guān)聯(lián)。尤其是，在對(duì)于模量迥異的硬、軟兩種類型的組織進(jìn)行修復(fù)，在材料的力學(xué)需求上是否具有傾向性，是組織工程和生物材料領(lǐng)域的重要問題。
近日，中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院王山峰教授團(tuán)隊(duì)為全面、系統(tǒng)地回答這個(gè)問題，以“Opposite Mechanical Preference of Bone/Nerve Regeneration in 3D-printed Bioelastomeric Scaffolds/Conduits Consistently Correlated with YAP-Mediated Stem Cell Osteo/Neuro-genesis”為題發(fā)表在Advanced Healthcare Materials上。文章第一作者為中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院2019級(jí)博士畢業(yè)生成肖鵬，主通訊作者為其導(dǎo)師王山峰教授。相關(guān)成果該研究得到中國國家自然科學(xué)基金和中山大學(xué)“百人計(jì)劃”啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)的支持。
圖1. 光固化和生物可降解彈性體調(diào)節(jié)人源間充質(zhì)干細(xì)胞命運(yùn)和體內(nèi)骨/神經(jīng)組織再生。
圖2. 模量介導(dǎo)周圍神經(jīng)再生的潛在機(jī)制示意圖。
在此研究工作中，王山峰教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型的可光固化聚合物聚三亞甲基碳酸酯富馬酸酯（PTMCF，中國發(fā)明專利申請?zhí)枺?02011000150.4），通過面投影微立體光刻技術(shù)（PμSL）制備了具有單因素變量（模量）的二維基底和三維支架，并用于研究模量對(duì)體外人源間充質(zhì)干細(xì)胞行為以及體內(nèi)軟硬組織再生的影響。得出的主要結(jié)論如下：（1）將線性PTMC二醇與富馬酰氯進(jìn)行縮聚得到了可光固化可降解的無定形PTMCF。PTMCF的低玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和低零剪切黏附特性使其可在高固含量下PμSL打印為生物彈性體。PTMCF交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)性質(zhì)如玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、拉伸模量和降解速率均與隨交聯(lián)密度增加而升高。（2）在拉伸模量位于90-990 kPa范圍內(nèi)，人源間充質(zhì)干細(xì)胞（hMSCs）粘附、鋪展和增殖與模量呈正相關(guān)；而hMSCs成骨或神經(jīng)元分化分別在990 kPa和90 kPa基底上得到增強(qiáng)，模量通過介導(dǎo)YAP轉(zhuǎn)錄活性調(diào)控粘著斑蛋白形成以及后續(xù)的細(xì)胞行為。（3）當(dāng)支架壓縮模量處于85-580 kPa范圍內(nèi)，大鼠股骨髁修復(fù)與支架模量呈正相關(guān)；而其周圍神經(jīng)修復(fù)與支架模量呈負(fù)相關(guān)。通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)得到的模量介導(dǎo)周圍神經(jīng)修復(fù)潛在機(jī)制：適宜的模量可促進(jìn)細(xì)胞整合素表達(dá)，激活FAK磷酸化并進(jìn)一步活化Rho家族蛋白，從而激活下游蛋白以形成Arp2/3復(fù)合物，促進(jìn)肌動(dòng)蛋白成核與聚合，并形成絲狀偽足、微突起和板狀偽足，促進(jìn)神經(jīng)元生長并進(jìn)一步修復(fù)周圍神經(jīng)。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adhm.202301158
