DNA四面体:促进软骨细胞表型维持及增殖的新型潜能软骨缺损修复纳米材料

软骨组织是覆盖在关节面上的无血管特殊结缔组织,对正常生物学功能的维持具有非常重要的作用。但因其自我修复能力较差,利用细胞,生物材料以及其他刺激联合调控软骨细胞的再生,从而促进损伤软骨组织的修复具有重要意义。同时,足够数量的表型正常的关节软骨细胞是软骨组织工程和软骨相关研究的基础。但是,在常规贴壁式单层培养体系中,关节软骨细胞因生长条件的变化和细胞外基质的缺失,导致子代细胞难以维持相对正常的表型。该现象已成为限制软骨组织工程领域研究和临床应用的瓶颈问题之一。为解决这一问题,四川大学华西口腔医学院林云锋教授研究团队重点关注于应用一种新型纳米材料DNA四面体来调控软骨细胞的增殖以及表型的维持。

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DNA纳米技术的发展使得DNA作为一种材料被广泛使用,通过应用高度特异性和可编程特性的DNA碱基配对,完美的设计合成大量不同维度,形状和几何结构DNA纳米结构。由于DNA的生物分子属性,在DNA纳米结构的许多潜在应用方向中,生物和生物医学的许多潜在用途是非常有吸引力的。DNA四面体是由通过应用高度特异性和可编程特性的DNA碱基配对,完美的设计自组装合成的具有几何形状的DNA纳米材料,具有较强的抗酶降解能力且能够通过细胞膜。

在该团队的研究过程中,通过应用DNA四面体,研究其对软骨细胞生物学行为的影响。发现DNA四面体对于软骨细胞的增殖以及软骨表型的维持具有重要作用,且250nM浓度的DNA四面体成为调节软骨细胞相应生物学行为的最理想浓度。与此同时,通过相关生物学检测方法(qPCR、Western  Blot、流式细胞术、免疫荧光等)系统评价DNA四面体影响软骨细胞相应生物学行为的机制。研究表明,DNA四面体通过调控软骨细胞微管结构以及相应Notch信号通路达到维持软骨细胞表型的作用,且通过影响细胞周期及相应Wnt/β-catenin信号通路对软骨细胞的增殖行为具有较好的促进作用。这些数据充分显示了DNA四面体对于细胞生物学行为的显著影响,该工作也为今后软骨组织损伤及缺损提供新的修复思路,展示了DNA四面体在组织再生医学方面的广泛应用前景。

本工作以封底文章的形式发表在Wiley旗下Small杂志(DOI: 10.1002/smll.201602770)上,通讯作者为四川大学华西口腔医学院林云锋教授,第一作者为邵晓茹博士。