纳米材料调控干细胞增殖与分化（四）

Original 医学参考报干就有未来

2024-10-10

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撰文│成昱李珍光

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，本期为系列四，主题为干细胞组织工程支架的应用研究。

组织工程技术是联合使用种子细胞、生物支架材料和诱导信号，在体外设计、构建、修饰及培育具有生理功能的组织器官，以维持、重建或替代人体丧失功能的组织器官。该领域涉及种子细胞研究、生物支架材料制备、细胞生长微环境模拟等方面的内容。干细胞由于具有自我复制能力和多向分化潜能而成为组织工程研究中理想的种子细胞。干细胞的生物性能与干细胞龛（细胞生长微环境）紧密相关，因此，设计出能够模拟干细胞龛的生物支架材料是组织工程研究的热点之一。目前，研究人员已经利用天然聚合物、合成聚合物以及生物陶瓷等材料作为生物支架，模拟体内干细胞微环境并精确递送生长因子、化学物质等营养因子，实现对干细胞命运的精准调控。

（图片来源网络）

聚合物支架材料被认为是调控干细胞命运的合适基质，这归功于其极高的比表面积、可控的尺寸与孔隙率、良好的机械性能以及生物可降解等理化性质。天然聚合物支架材料有良好的生物相容性，在指导干细胞命运方面发挥着重要作用，如胶原、明胶、透明质酸、壳聚糖、脱细胞组织等，如加利福尼亚大学生物工程系Min Lee实验室报道了一种接枝转化生长因子-β1(TGF-β1)的壳聚糖/Ⅱ型胶原复合水凝胶，其可作为干细胞黏附和增殖的基质，促进间充质干细胞向软骨细胞分化，用于软骨组织修复。浙江大学医学院陈其昕课题组报道了通过京尼平交联的Ⅱ型胶原/硫酸软骨素复合水凝胶支架作为脂肪干细胞递送载体，促进髓核特异性基因的表达，指导脂肪干细胞分化用于髓核组织修复。

合成聚合物较天然聚合物更具可设计性，通过改变单体种类、组成，可制得亲疏水性、降解速率和机械性能可调谐的共聚物，如聚(丙交酯-co-ε-己内酯)、聚(丙交酯-co-乙交酯)等用作组织工程支架材料都具有比均聚物更加优异的性能，同时也存在不足——合成聚合物缺少细胞黏附的生物活性位点。为了实现性能互补，研究人员设计出天然聚合物与合成聚合物的复合支架，如科罗拉多大学化学与生物工程系Bryant实验室将包裹TGF-β1的明胶微球负载到聚(丙交酯-co-乙交酯)纤维支架中，实验表明此支架既具有合适的力学性能及降解速率，又能通过TGF-β1的释放刺激脂肪干细胞向软骨细胞分化，从而促进软骨再生。