Adv.Biosystems:细胞片工程的新策略:梯度光热场下细胞片的精准定向制备

“细胞层工程”是组织工程在再生医学领域的新发展。不同于传统的组织工程,细胞层工程不做细胞酶消化处理,而是直接将细胞层整体转移到组织器官创伤与缺损部位,进行组织器官的生理性修复或器官再生与功能重建。细胞片保留了细胞间固有的紧密联系(如信号通道等),提高了细胞转移效率与细胞生物活性,保障了修复组织获得可预期的生理功能,为人类多种重大疾病的治疗带来了新的希望。但目前细胞层技术上尚处于起步阶段,还有许多问题亟待解决。特别是细胞层的不可控制脱附和流体动力的干扰,所得的细胞片容易发生皱折和缠结,从而增加了细胞层转移的难度,导致细胞层转移效率的低下。在精准医学的大背景下,可控的操作过程以及明确的细胞分离方向是实现细胞层有序和可重复制备以及精准操控的重要保障。而这一技术的缺失成了制约细胞层技术发展的难点。

上海交通大学路庆华教授针对这一问题,采用动态电化学沉积方法构筑了共轭聚噻吩的梯度厚度界面薄膜,在红外光辐照下形成梯度热场,利用温度梯度下基质胶原蛋白层的梯度分解,实现了细胞层的精准和定向脱附,获得了有序、可控、不卷曲的细胞层。

共轭高分子聚噻吩由于其分子主链含有丰富的离域电子,体现出较高的光热转化效率。在近红外光的辐照下,聚噻吩的光热转化性能与其厚度呈正相关的关系,可在梯度的聚噻吩界面上形成梯度光热场。通过阴极沉积聚合的聚噻吩具有丰富的微纳米多级结构,增加了其与胶原蛋白粘附性和热传导率,又由于疏松的结构强化了自身的热梯度。一型胶原蛋白基质具有热敏性,在升温到42℃时,该蛋白发生解旋,并由凝胶态转变成溶胶。利用梯度光热场可有效控制胶原蛋白层的溶解方向,进而诱导细胞层的方向性脱附。与传统方法相比,该研究提出的光热场可实现时间-空间的精细调控,保持了细胞原有的生微环境,是一种精细、高效的细胞层定向脱附技术。值得一提的是,该方法具有很好的普适性,已成功制备了多种定向细胞层。该研究提供了一种普适、安全和高效的细胞层定向制备技术,为组织修复与再生、精准医学治疗提供了新的技术。

该工作以“Gradient Photothermal Field for Precisely Directing Cell Sheet Detachment”为题,发表在Advanced Biosystems (DOI: :10.1002/adbi.201800334)上,第一作者为上海交通大学井剑哥硕士和同济大学陈双双博士,路庆华教授为该论文的通讯作者。以上研究工作得到了国家自然科学基金(51573089, 21704076), 博士后创新人才支持计划和国家博士后面上项目的资助 。