浙江大学王慧明教授AM：细胞外骨骼技术打造增强版干细胞，解锁细胞新能力

在过去的几十年里，组织工程领域已经做出大量努力，以细胞为基础的治疗方法覆盖神经、骨骼、软骨和心脏组织。然而，干细胞是脆弱的，对不利环境如粘附基质丧失，微环境改变非常敏感。受到低细胞存活率的限制，简单细胞移植的益处令人失望。因此，采用一种简便而安全的手段来促进移植细胞的存留，增强干细胞功能对于细胞治疗效果具有重要意义。

近日，浙江大学求是特聘教授王慧明团队，在Advanced Materials发表题为“Exoskeleton Partial-Coated Stem Cells for Infarcted Myocardium Restoring”的研究论文。本论文构建了一种新颖的干细胞增强策略，将坚硬的外骨骼材料和柔软的细胞结合在一起，取长补短，使细胞本身作为一种活的材料来应用于组织工程修复。经过修饰的细胞展现了增强的存活，存留及外分泌功能，可以通过微创的静脉注射发挥治疗效果。浙江大学医学院附属口腔医院何卉蕙，浙江大学国际联合学院袁渊教授为共同第一作者，浙江大学医学院附属口腔医院王慧明教授、俞梦飞教授、孙苗主治医师为通讯作者。

图1 外骨骼增强的干细胞合成及应用

研究首先探究了不同的外骨骼包裹程度对细胞存活的影响，发现只有部分包裹的外骨骼才能作为悬浮干细胞的支撑基质来促进细胞存活，同时未覆盖的细胞表面保持了其原有的粘附、外分泌和细胞间通讯功能。部分外骨骼增强的干细胞能够抵抗体内损伤炎症微环境常见的不利因素如基质丧失、氧化应激升高、pH及渗透压改变。在生物功能方面，外骨骼增强干细胞的成血管，迁移及抗凋亡能力，并增强了其外分泌功能。综上结果表明，在悬浮培养中，具有外骨骼的细胞处于激活状态，可用于创造一个增强的干细胞治疗平台。  

图2 部分包裹的外骨骼增强干细胞促进悬浮细胞存活

图3 外骨骼包裹增强干细胞抵抗能力及修复性能

此外，外骨骼增强的干细胞还表现出了增加的细胞粘附力，有助于促进干细胞的存活和存留，防止体内细胞逃逸。通过转录组测序及分子动力学模拟探讨了外骨骼如何调控细胞命运，发现外骨骼显著改变了细胞外基质相关基因表达，激活整合素触发下游信号级联反应，促进细胞存活，增强治疗潜力。最终，外骨骼增强的干细胞静脉注射后在体内表现出增强的存留，促进了梗死心肌的修复。综上，本研究开发了一种具有双面特性的新型生物制剂。外骨骼侧促进细胞的活力和靶向性，而细胞侧保留细胞粘附和外部分泌的组织修复能力。这一发现进一步阐明了细胞-外骨骼相互作用的潜在分子和细胞机制，提示了纳米生物整合体作为一种新兴策略在组织工程的潜在应用。

转自：“高分子科学前沿”微信公众号

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