苏州大学陈亮教授、崔文国副教授Sci. Adv.：开发新的生物材料，在硬脑膜修复有重大的潜在应用

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由于对ECM微观结构与组织功能之间的关系缺乏全面的了解，目前用于结缔组织再生的具有均一结构的支架设计，几乎无法复制ECM的高度复杂且异质的结构 。因此，迫切需要制造一种异质的，受ECM启发的组织工程平台，该平台类似于天然ECM的微观结构，理化特性，以促进组织形态和功能的恢复。 2020年11月25日，苏州大学陈亮及崔文国共同通讯在Science Advances 在线发表题为“ECM-inspired micro/nanofibers for modulating cell function and tissue generation”的研究论文，该研究开发了具有仿生异质特征的细胞外基质模拟支架，以适应硬脑膜修复的多种需求。具有各向异性拓扑结构和优化化学线索的内表面可以协调成纤维细胞的伸长和双极化，并保留由下调的α-平滑肌肌动蛋白表达所指示的成纤维细胞的静态表型。外表面可以通过增加微纤维密度来抑制成纤维细胞的纤维化活性。此外，验证了由拓扑和化学线索触发的整联蛋白β1和Yes相关蛋白分子的信号传导活性，为潜在的机制提供了证据。在兔椎板切除术模型中进一步证实了该支架同时促进硬脑膜再生和抑制硬膜外纤维化的能力。因此，如此产生的异质纤维支架可以再现天然硬脑膜的微观结构和功能。

具有高度复杂性和不均匀性的特征，已经在多种组织类型（例如骨骼，纤维软骨和韧带）中广泛研究了细胞外基质（ECM）的微观结构。尽管不同组织之间存在很大差异，但ECM的结构和组成在维持生理稳态和病理状况的发展中始终发挥着关键作用。由于对ECM微观结构与组织功能之间的关系缺乏全面的了解，目前用于结缔组织再生的具有均一结构的支架设计，几乎无法复制ECM的高度复杂且异质的结构 。因此，迫切需要制造一种异质的，受ECM启发的组织工程平台，该平台类似于天然ECM的微观结构，理化特性，以促进组织形态和功能的恢复。 

硬脑膜作为围绕脊髓的结缔组织膜，具有复杂的微结构和多种生理功能，在脊柱外科手术过程中容易受到损害，并导致硬膜外纤维化，可能带来一系列并发症。在硬脑膜损伤的背景下，成纤维细胞在硬脑膜再生和纤维化形成中都起着复杂的作用，并为传统的均质支架调节细胞活性提出了艰巨的任务。修复受损硬脑膜组织的目标不仅在于通过促进成纤维细胞活性，促进硬脑膜的自然愈合，而且还要求有效预防由纤维化引起的蛛网膜炎和神经功能缺损，这种纤维化是由过多的ECM成分（胶原蛋白和纤连蛋白）沉积引起的。

仿生生物材料，例如水凝胶三维（3D）支架，微/纳米槽基质，自组装蛋白网络等具有类似于ECM的分层微观结构，其特征是可以调节多种细胞行为。在构建类似ECM的微结构的各种技术中，静电纺丝因其简便的操作程序和通用的功能而被广泛使用。成纤维细胞向成肌纤维细胞的分化涉及转录共激活因子YAP（Yes相关蛋白）的激活，YAP是整联蛋白β1信号传导的关键介质，已被证明受细胞形态和应激纤维的调节。为此，可以合理地假设细胞骨架的细胞形态和应力纤维受拓扑线索的调节，而电纺纤维的化学组成可能参与了成纤维细胞向肌成纤维细胞的活化。

在这项研究中，受硬脑膜异质性微观结构的启发，制造了一种双层异质微纤维/纳米纤维结构，其内部各向异性层保持了静态的成纤维细胞表型，外层致密层抑制了成纤维细胞的粘附，从而同时模仿了双重功能硬脑膜物质促进组织愈合和预防组织纤维化。该研究开发了具有仿生异质特征的细胞外基质模拟支架，以适应硬脑膜修复的多种需求。

具有各向异性拓扑结构和优化化学线索的内表面可以协调成纤维细胞的伸长和双极化，并保留由下调的α-平滑肌肌动蛋白表达所指示的成纤维细胞的静态表型。外表面可以通过增加微纤维密度来抑制成纤维细胞的纤维化活性。此外，验证了由拓扑和化学线索触发的整联蛋白β1和Yes相关蛋白分子的信号传导活性，为潜在的机制提供了证据。在兔椎板切除术模型中进一步证实了该支架同时促进硬脑膜再生和抑制硬膜外纤维化的能力。因此，如此产生的异质纤维支架可以再现天然硬脑膜的微观结构和功能。

参考消息：

https://advances.sciencemag.org/content/6/48/eabc2036

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