纳米材料调控干细胞增殖与分化（三）

医学参考报干就有未来

2024-10-10

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编辑│陈圆圆 ┃ 审校│汤红明

成昱

同济大学医学院教授、同济大学附属东方医院纳米医学应用技术研究所执行所长、美国西北大学医学院兼职助理教授。长期从事纳米药物的转化医学研究，包括磁性复合材料、无机纳米材料与高分子材料的可控制备、干细胞介导纳米药物输送及其转化医学应用等领域。在利用先进的纳米药物传递系统方面具有多年的积累，在国际上较早利用纳米材料实现脑肿瘤的靶向治疗研究。相关工作发表在Adv Mater、J am Chem Soc、Adv Sci、Adv Durg Deliver Rev、Biomaterials、Small等国际专业学术期刊。

【编者按】纳米医学是将纳米科学与技术的原理和方法应用于医学领域的一门学科。随着纳米医学高速发展，纳米技术已然渗透到医学领域的诸多方面，其中纳米技术与干细胞结合已成为研究热点。本报开设的纳米技术与干细胞专栏，围绕纳米技术在干细胞移植中的成像示踪、纳米技术调控干细胞增殖与分化、干细胞组织工程支架、干细胞作为纳米材料载体在肿瘤相关疾病的应用、纳米材料和干细胞结合治疗慢性疾病等研究热点领域，分六期进行系列报道，本期为系列三，主题为纳米材料调控干细胞增殖与分化。

由于具有强大的自我更新和多向分化潜能，干细胞被广泛应用于组织工程、再生医学及干细胞治疗等研究领域。然而干细胞增殖速度慢、培养成本高以及传统的干细胞诱导分化方法效率低、周期长等问题制约了干细胞研究的快速发展。目前，如何加速干细胞增殖与分化以满足临床应用仍然是干细胞治疗领域面临的巨大挑战。

近年来大量的研究结果表明，纳米材料具有促进干细胞增殖与分化的能力，这无疑为解决干细胞增殖及定向分化存在的问题提供了新策略。如今，纳米纤维、纳米管及纳米颗粒制成的支架已经被广泛用于干细胞命运调控的研究。

纳米材料支架可以通过多种途径促进干细胞的增殖。氨基表面的超顺磁性氧化铁（SPIO）纳米材料以及高分子聚合物聚己内酯（PCL）形成的纳米纤维具有很好的生物相容性和机械性能，能够促进间充质干细胞（MSCs）的增殖。纳米氧化铈（CeO2）具有清除自由基的作用，将其与高分子纳米复合材料结合，使用这种纳米复合材料培养心肌干细胞和MSCs，能够显著促进细胞增殖。二氧化硅（SiO₂）纳米材料通过调控细胞外激酶相关信号通路，能够有效地促进人脂肪来源的干细胞增殖。石墨烯作为一种2D结构的碳晶格，具有优异的力学性能（高弹性、高强度、高柔韧性），基于石墨烯的纳米生物材料能够有效促进MSCs的增殖。

纳米材料也被广泛用于诱导干细胞分化的研究。通过纳米材料支架有效地调控干细胞定向分化已得到广泛验证。高分子纳米纤维聚乳酸-羟基乙酸共聚物（PLGA）的多孔可拉伸特性，为MSCs提供增殖的环境，同时可诱导MSCs的成骨分化和软骨的形成。钛酸锶（SrTiO₃）纳米管在干细胞内释放的Sr元素能诱导MSCs的骨分化。金纳米材料通过增加碱性磷酸酶的活性和细胞外基质的矿化，促进了MSCs向脂肪细胞和成骨细胞分化，亦有研究表明金纳米材料能够促进小鼠胚胎干细胞（ESCs）向多巴胺能神经元分化。电纺丝纳米管（随机和定向排列）具有优越的诱导ESCs分化成特定神经系和启动神经突生长的潜能。磁性纳米材料可用于标记ESCs，在外加电磁场脉冲作用下，呈现出特有的磁性能力，可诱导ESCs向肌细胞分化。