《深圳先进院骨靶向调控干细胞的定向迁移研究获得新进展》

  • 来源专题:中国科学院文献情报制造与材料知识资源中心 | 领域情报网
  • 编译者: 冯瑞华
  • 发布时间:2018-07-12
  • 中国科学院深圳先进技术研究院赵晓丽副研究员、潘浩波研究员研究团队联合香港大学吕维加教授,设计构建了骨靶向的SDF-1递送体系,通过招募干细胞向骨表面的定向迁移,促进骨形成。该项研究成果以“Bone Targeted Delivery of SDF-1 via Alendronate Functionalized Nanoparticles in Guiding Stem Cell Migration”为题发表在材料领域权威期刊ACS Applied Materials & Interfaces(IF: 8.097)上(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, DOI: 10.1021/acsami.8b08606),论文共同第一作者为深圳先进院陈庆昌、李艳群,通讯作者为赵晓丽副研究员。

      骨质疏松是老龄化社会中日益严重的退行性疾病,干细胞治疗技术对组织再生有着很好临床应用前景,提高骨折易发生部位骨髓干细胞的数量和成骨分化能力,将是一种有效防治老年骨质疏松及其导致骨折的治疗方法。然而,干细胞无法主动贴附于骨表面而受其微环境(nich)的影响进行成骨分化。因此,如何实现调控干细胞定向迁移到骨表面而发挥功效是干细胞治疗的一个难点。

      近年来的研究发现干细胞能“感受”组织损伤而定向迁移到损伤区进行分化,称为干细胞的定向迁移,或干细胞归巢(homing),基质细胞衍生因子-1(SDF-1)在其中起着非常重要的作用。为此,研究团队基于前期在转基因技术和干细胞成骨方面的研究,利用骨靶向基团阿仑膦酸钠修饰非病毒转基因载体阳离子脂质体,构建骨靶向纳米递送体系,在骨组织局部内高表达SDF-1趋化因子,促进骨髓间充质干细胞向骨表面的定向迁移,并探讨其参与骨重建和促进骨形成的作用效果和机制。该成果提供了一种新型调控干细胞定向迁移的技术。

    该研究工作得到了国家自然科学基金 (81672226), 广东省科技项目(2016A020222007),深圳市孔雀团队以及深圳市科技项目(110811003586331, JCYJ20160531174634936, JCYJ20170413162540673)等项目的资助。

  • 原文来源:http://www.siat.ac.cn/kyjz2016/201807/t20180711_5041623.html
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    • 中国科学院深圳先进技术研究院杜学敏副研究员研究团队联合华东师范大学张利东研究员和香港大学王敏教授,设计构建了功能仿生的血管组织工程复合支架,并就复合支架调控血管内皮化展开研究,揭示了复合支架生物活性和力学性能影响血管内皮重塑的机制(图1)。该项研究成果以“Regulation Effects of Biomimetic Hybrid Scaffolds on Vascular Endothelium Remodeling”为题发表在材料领域权威期刊ACS Applied Materials & Interfaces(IF: 8.097)上(ACS Appl. Mater. Interfaces, 2018, DOI: 10.1021/acsami.8b06205),论文第一作者为深圳先进院赵启龙博士,通讯作者为张利东教授和杜学敏副研究员。   研发功能性人工血管对于治疗目前全球致死人数最多的心血管疾病具有重要意义,但目前人工血管材料严重受制于内皮化功能不足,植入后易发生血栓性栓塞而失效。为解决此难题,杜学敏副研究员团队在前期工作中结合仿生智能材料(Advanced Materials, 2017, 29, 1702231;Advanced Materials Technologies, 2017, 2, 1700120),有效改善了血管的三维内皮化(Advanced Functional Materials, 2018, 1801027)。前期研究发现,在具有仿生生物活性和力学性能的纳米纤维复合支架引导下,血管内皮重塑可得到更为有效的促进。然而,对于具有二元组分的复合支架材料,生物活性的增强通常造成力学性能下降,反之亦然。因此,为获得理想的血管组织工程复合支架材料,需明确材料生物活性和力学性能调控血管内皮重塑的机制,以便设计具有优化组分的人工血管。   为此,研究团队设计并构建了一系列具有不同弹性片段和细胞黏附片段比例的纳米纤维复合支架,支架的生物活性和力学性能等支架性能可有效调控。研究发现,具有高比例细胞黏附片段的复合支架在细胞培养初期可有效促进血管内皮细胞黏着斑的形成(图2),由此介导细胞与支架间较强的相互作用,对于内皮化初期的血管内皮细胞附着具有重要意义,而支架的力学性能则会对血管内皮细胞间相互作用的形成产生重要影响。在适当的力学性能增强的复合支架表面,血管内皮细胞在初期细胞黏附较低的情况下,仍然可实现融合的血管内皮细胞单层的快速形成(图3),在结构和性能上具有更高的稳定性,确保了支架用于构建人工血管的极大潜力。综上,复合支架材料的生物活性在调控血管内皮重塑中起主导作用,而力学性能亦是影响血管内皮重塑过程中血管内皮细胞间联结形成的重要因素。理想的人工血管材料需在满足材料力学性能要求的前提下具备尽量优化的生物活性。   相关成果不仅为促进血管内皮重塑提供了优化的复合支架材料,并对基于复合材料的人工血管设计具有重要指导意义,将有望有效推进新型人工血管材料的研发。   该研究工作得到了科技部重点研发专项(2017YFA0701303)、广东省引进创新创业团队(2013S046)、粤港科技合作资助计划(2017A050506040)、深圳市孔雀团队以及深圳市基础研究(JCYJ20170307164610282)等项目的资助。
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    • 中国科学院深圳先进技术研究院医药所人体组织与器官退行性研究中心阮长顺副研究员课题组与 天津大学 材料学院 刘文广 教授团队合作在三维打印构建骨 / 软骨一体化修复支架领域获得新进展。该团队首次运用直接一步法 3D 打印技术构建生物活性梯度的高强度水凝胶,实现一体化仿生骨 - 软骨双相结构,并证实其体内外具有同时促进骨 - 软骨修复能力。此项研究成果以题为 Direct 3D Printing of High Strength Biohybrid Gradient Hydrogel Scaffolds for Efficient Repair of Osteochondral Defect (直接 3 D 打印高 强度杂化梯度水凝胶支架 用于 骨软骨修复 )发表在权威刊物 Advanced Functional Materials (《先进功能 材料 》, 2018 DOI: 10.1002/adfm.201706644 ,影响因子 12.124 )上。   关节软骨本身没有神经及血管支配、且所含细胞量极少,损伤后很难实现自身修复。而且一旦软骨受到损伤,会累及软骨下骨,进而导致骨 -软骨缺损。由于软骨和软骨下骨的生物学特性不同,导致骨-软骨一体化修复极具挑战。通常先 分别制作 骨 和 软骨 组织 仿生 支架 , 再 组装 成 骨 - 软骨 一体化 再生支架 ,往往 在实际中骨与软骨之间的界面 结合 力 比较 弱,难以满足应用需求。 因此 , 如何快速 构建 仿生骨 - 软骨 再生 修复的 一体化再生 支架 具有较大挑战 。   本研究 中, 该团队发明了一种可直接 3D打印的氢键增强的高强度水凝胶墨水。该墨水是一种基于丙烯酰基甘氨酰胺(PNAGA)共聚物超分子聚合物水凝胶,PNAGA共聚物水凝胶具有比其均聚物水凝胶更低的熔融温度和更好的流动性,可直接3D打印,无需光交联,打印后可快速固化成型并保持完好的宏观和微观结构。同时,团队模拟软骨-骨一体化结构,利用多喷头交替打印制备成底层含有β-TCP,顶部含有若干层负载生长因子TGF-β1的梯度支架。该生物杂化梯度水凝胶支架长期浸泡PBS后,仍保持稳定的孔隙结构和良好的机械强度,在高孔隙率下,压缩强度仍然超过1 MPa,循环压缩100次后,未发现强度下降和剥离。体内实验表明该杂化梯度水凝胶支架可以同时促进软骨和软骨下骨再生。   研究工作得到了 国 家 自然 基金、 深圳市孔雀团队 、广东 省 青年 拔尖 人才及 深圳市科创委 等项目的资助。