上交大瑞金崔文国教授AFM：基因-电纺纤维膜“补丁”加速ECM重建

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细胞外基质（ECM）是一个动态分子网络，可调节不同组织或器官的强度和结构。ECM微环境的任何细微变化都会导致其失衡。在这些情况下，所涉及的组织无法获得足够数量的胶原蛋白和弹性纤维来维持ECM的动态平衡，从而导致组织和器官的支撑能力较弱。赖氨酰氧化酶（LOX）蛋白家族是催化胶原蛋白和弹性蛋白之间共价交联的关键酶，其促进胶原蛋白和弹性纤维的发育和成熟，维持ECM中的稳态。降低的LOX活性水平将导致蛋白质交联度降低，从而干扰ECM的生物力学性能。由于ECM独特的生理学，基因治疗使一种十分具有前景的治疗方法。然而，目前基因载体的递送方法，存在生物利用率低下、作用无法局限于局部等问题。因此，对于治疗方法的突破，要求开发新的局部基因传递系统来稳定局部ECM微环境。

基于此，上海交通大学医学院附属瑞金医院/上海市伤骨科研究所崔文国教授团队和上海交通大学附属国际和平妇幼保健院陈信良主任团队通过将重组的LOXL1质粒（pLOXL1）装入纳米脂质体，然后通过微溶胶电纺丝将其封装到核-壳纳米纤维的核层中，以实现LOXL1的局部积累和提高生物利用度，从而实现快速的ECM响应。该研究以题为“Rapid Extracellular Matrix Remodeling via Gene‐Electrospun Fibers as a ‘Patch’ for Tissue Regeneration”的论文发表在国际权威期刊Advanced Functional Materials (2021, 2009879)。（欢迎相关专业博士加入崔文国团队从事博士后研究，专注“转化·再生医学材料”的医工交叉研究）

图1 调节ECM平衡的基因电纺纤维系统的构建及其作用微环境。

在本文中，描述了一种可以将遗传物质传递到活组织的高效电纺纤维系统。此递送系统装载pLOXL1，可以促进胶原蛋白和弹性蛋白的合成。弹性蛋白还可以长期增强纤维的交联性，以维持ECM中降解与重塑之间的平衡。体外实验表明，pLOXL1-Lipo@PLCL-HA能在至少30天中实现了pLOXL1的持续释放，并且其转染效率保持在50％以上。pLOXL1-Lipo@PLCL-HA组的HVF中胶原纤维和弹性纤维相关蛋白的表达水平显著高于其他组。相反，基质金属蛋白酶的表达水平明显降低。基质金属蛋白酶抑制剂的表达水平上调。体内研究采用家兔腹壁疝模型，与对照组相比，pLOXL1-Lipo @ PLCL-HA植入组的远期胶原重塑密度提高了90％以上。ECM基因（COL1A1，COL3A1，Elastin和Fubilin5）的表达水平显着增加，从而促进胶原蛋白和弹性蛋白的合成以及共价交叉重新链接相应的纤维，从而促进骨盆底组织的修复并恢复骨盆底的结构支撑。

图2 细胞水平的ECM相关因子的表达

图3 家兔腹壁不同胶原重塑的情况评价

综上所述，在这项研究中，成功构建了一个新的基因-电纺纤维递送系统pLOXL1-Lipo@PLCL-HA，并阐明了其较高的生物利用率。此外，它调节了LOXL1介导的ECM沉积和降解之间的平衡，从而促进了支撑强度的部分恢复和重建。因此，pLOXL1-Lipo @ PLCL-HA的工作方式就像一个“补丁”，而ECM的弱点则是一个“漏洞”。上述所以研究工作就是开发补丁来修复错误。该团队开发的基因-电纺纤维“补丁”为促进ECM快速重建的治疗方法提供了新概念。

文章第一作者为金晶、齐曼古丽·赛丁，通讯作者为崔文国教授，陈信良主任医师。该研究得到了国家自然科学基金委和国家重点研发计划等项目的支持。

原文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202009879

作者简介：

崔文国，教授/博导，上海交通大学附属瑞金医院/上海市伤骨科研究所。主要基于转化生物医用材料，从事骨、关节等组织修复重建的研究。以第一/通讯作者发表SCI论文140余篇（IF>10的40余篇），引用7200多次，H=46，专利50多项（转化2项），主编Elsevier书籍1本、参编9本国际书籍章节。多本杂志的编委和客座主编。曾获国家级青年人才计划，主持国家自然科学基金重点项目、科技部重点研发计划课题、国自然面上项目、上海市科委等各类课题10余项。中组部万人计划青年拔尖人才、上海市人才发展基金等支持。任中国生物材料学会理事、康复医疗生物材料副主任委员等。（欢迎致力于再生医学材料研究、临床和产业化的各专业博士后加盟该团队，[e-mail]）

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