引导神经干细胞分化的图形化表面修饰多功能材料

干细胞在再生医学,修复衰老,损伤或者病损的组织方面具有广泛的应用前景。 目前许多基于干细胞的治疗策略都需要在体外扩增和分化干细胞,从而产生特定器官的功能化的细胞类型。然而,大部分干细胞生活在特定微环境中;其增殖,分化,迁移均受到细胞微环境中的各种因素的影响。因此,透彻理解细胞微环境的作用机理对于在体外构建模拟细胞生长微环境的生物材料十分重要。干细胞微环境富含来自细胞外基质的多种信号, 包括可溶性生长因子在内的生物化学信号,细胞间的接触信号,以及各种物理的刺激信号。这些信号在时间上和空间上相互协作来调节干细胞功能。因此,在体外模拟这一复杂的微环境是十分有必要的然而也是非常困难的。香港城市大学生物医学工程系史鹏课题组针对这一问题利用微图形化的生长基底,在体外模拟神经干细胞的生长微环境,并对细胞间信号和细胞外基质信号在神经干细胞的分化中的具体作用进行了深入而细致的研究

在这项研究中,史鹏课题组开发并且优化了在非细胞粘附性表面上打印多种细胞信号分子的方法,并且利用微图形化的细胞生长基底研究了细胞与生长基质间的相互影响和细胞间通讯这两种不同的微环境信号在调节神经干细胞功能方面的协同作用。该项研究首先应用以亲和捕捉为基础的多步微接触印刷方法将细胞外基质和细胞间信号蛋白分子以十字交叉线的方法排布在硅胶表面上,形成控制细胞生长的不同高速通道。这种设计成功地在空间上将两种不同的微环境信号分离开来,同时允许神经干细胞在这两种不同基质上面生长和迁移。结果显示在培养基底上局部有序排列的细胞间信号因子Jagged1 或者N-cadherin, 可以有效的刺激神经干细胞并调节细胞与细胞外基质蛋白的交互作用,从而影响干细胞的分化以及其在分化为神经元细胞和胶质细胞的过程中的迁移,进而达到在几十微米的尺度上控制由干细胞分化的神经元细胞的空间分布的效果。这一工作不但为研究细胞微环境中的各种因素调节干细胞功能的协同作用提供了一种普适性的方法,也可用于组织和干细胞工程研究开发基于表面化处理的新型生物材料。

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