Small:维持干细胞干性的新方法——利用材料表面纳米结构实现对干细胞命运的调控

组织工程是干细胞治疗的重要方向,是利用干细胞的各种功能细胞分化的潜能,实现组织重建。尽管干细胞向不同方向可控分化是组织工程最重要的研究工作,但由于干细胞来源和可以得到细胞数量的限制,干细胞的大量扩增获得足够数量的干细胞是进行组织工程和干细胞治疗的基础。令人遗憾的是,干细胞在长时间体外培养和多次传代的条件下,干细胞的干性会逐渐降低,并逐渐失去定向分化的能力,如何维持干细胞在体外培养时的干性,是组织工程面临的重要问题之一。虽然生长因子可显著维持细胞干性,但其价格昂贵、储存过程中容易降解失效,临床应用受到一定限制。

近日,山东大学王书华、刘宏教授课题组使用无种子层法制备了一种氧化锌纳米棒阵列细胞培养衬底,选择来源广泛,容易实现自体干细胞移植的人脂肪来源干细胞作为研究对象,进行了材料表面结构对干细胞命运调控的研究,发现,脂肪来源干细胞在氧化锌纳米棒上存活、粘附和铺展,培养2-3周后,细胞干性基因OCT4NANOG 的表达水平均高于对照组(细胞培养板和氧化锌薄膜衬底),OCT4和干细胞表面标记物CD44的蛋白水平同样高于对照组。将种植在氧化锌纳米板阵列上的细胞消化下来,细胞仍具有较快的增殖速度和较强的成骨、成脂分化能力。在长期培养条件下,培养基中可以检测到锌离子的持续缓释,推测机理是锌离子调控锌指因子KLF4的表达,并促进OCT4NANOG 的表达。氧化锌纳米棒的特定形貌和适当的锌离子释放协同作用,使这种材料具有较强的干性维持效果。 研究者相信,此项研究将成会为指导细胞命运、维持干性以及实现干细胞的体外扩增的有力手段,为获取大量干细胞和满足细胞治疗市场不断增长的需求开辟一条新的途径。相关论文以“Cellular Stemness Maintenance of Human Adipose-Derived Stem Cells on ZnO Nanorod Arrays”为题在线发表在Small (DOI: 10.1002/smll. 201904099)上。