中國科學(xué)院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院（以下簡(jiǎn)稱“廣州健康院”）納米轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究組和華中科技大學(xué)協(xié)和醫(yī)院孫家明教授團(tuán)隊(duì)近期聯(lián)合在 Materials Today Bio發(fā)表了題為 “Aerogel library with varying porous structures and mechanics regulates motor neuron progenitor differentiation for spinal cord injury repair” 的研究論文。該研究構(gòu)建了一種微納結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能可調(diào)控的多孔氣凝膠庫，揭示了仿生三維微環(huán)境的孔隙結(jié)構(gòu)與力學(xué)強(qiáng)度對(duì)人源誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSCs）來源的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)前體細(xì)胞（MNPs）譜系命運(yùn)調(diào)控作用和關(guān)鍵分子機(jī)制，并驗(yàn)證了其在脊髓損傷修復(fù)中的功能再生潛力。

在脊髓損傷微環(huán)境中，外源細(xì)胞移植常面臨生存率低、分化譜系不穩(wěn)定和功能整合效率不足等挑戰(zhàn)。針對(duì)這些問題，研究團(tuán)隊(duì)通過精確調(diào)控氣凝膠支架的孔徑分布（范圍10–100 μm）與彈性模量（范圍0.1–1.0 kPa），獲得一系列具有不同拓?fù)?/span>結(jié)構(gòu)及力學(xué)特性的三維仿生凝膠。研究發(fā)現(xiàn)，孔徑20 μm且模量0.4 kPa的仿生支架適配MNPs存活、軸突定向生長(zhǎng)及ChAT⁺運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元（MNs）分化，揭示了物理微環(huán)境在干細(xì)胞調(diào)控神經(jīng)分化過程中的主導(dǎo)作用。機(jī)制研究顯示，仿生材料可通過激活Yes相關(guān)蛋白（YAP）的核轉(zhuǎn)位驅(qū)動(dòng)MNs分化，而抑制YAP信號(hào)則會(huì)阻斷該促進(jìn)作用，進(jìn)一步證實(shí)YAP介導(dǎo)的機(jī)械信號(hào)感應(yīng)是該仿生體系調(diào)控MNs命運(yùn)的關(guān)鍵途徑。

該研究證實(shí)，仿生凝膠通過微納結(jié)構(gòu)與力學(xué)性能的協(xié)同調(diào)控，在脊髓損傷區(qū)域有效招募宿主內(nèi)皮細(xì)胞并顯著抑制炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)。通過重塑支持神經(jīng)發(fā)生的微環(huán)境，顯著提高了移植MNP的存活率及功能性MN的定向分化與成熟。此外，仿生凝膠進(jìn)一步通過促進(jìn)脊髓組織結(jié)構(gòu)的重建，從而支持局部神經(jīng)環(huán)路的恢復(fù)，并最終顯著改善了脊髓損傷小鼠的后肢運(yùn)動(dòng)功能。該研究為脊髓損傷修復(fù)領(lǐng)域提供了一種結(jié)合仿生材料與細(xì)胞治療的協(xié)同新策略。

廣州健康院巫林平研究員和華中科技大學(xué)協(xié)和醫(yī)院孫家明教授為該論文的共同通訊作者，侯金飛博士、揭君津博士和張迪博士為共同第一作者。研究項(xiàng)目得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、廣州市科技重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目以及廣東省重大人才工程項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)的支持。

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圖1?具有不同多孔結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能的氣凝膠庫調(diào)控運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元分化的研究示意圖