最近,哈佛大学John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)、Wyss生物启发工程研究所(Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering)的研究人员,开发出一种新的、更精确的方法,来控制干细胞向成骨细胞的分化。这种新技术在骨骼的再生、生长和愈合方面,具有广阔的应用前景。这项研究由SEAS的Robert P. Pinkas教授带领完成,发表在近期的《Nature Materials》。
一个细胞的微环境——组织内围绕和连接细胞的蛋白质和聚合物网络,影响一系列的细胞行为,包括干细胞分化。约十年,研究人员已经能够通过调整其微环境的刚度,来指导干细胞的命运。
只调整细胞微环境(也被称为细胞外基质)的刚度,是假设环境表现得就像一个弹性材料,如橡胶。当在一个弹性材料上施加压力让其变形时,弹性能量被储存,当变形释放时,材料反弹到原来的形状,就像一个橡胶带。但是,在自然界中,细胞外基质不是弹性的,它们是粘弹性的。粘弹性的材料,如口香糖,当作用一个压力时,随着时间的推移会放松应力和消散能量。
Mooney和他的团队决定通过开发具有不同应力松弛反应的水凝胶,来模拟活体组织的粘弹性。当他们将干细胞放在这个粘弹性的微环境中,并调整凝胶放松的速度后,他们观察到,细胞的行为和分化发生了剧烈变化。
本文共同第一作者、Mooney实验室博士后Luo Gu指出:“我们发现,随着应力的增加,特别是结合水凝胶的刚度增加,成骨细胞的分化增加。随着应力松弛,干细胞到脂肪细胞的分化减少。这是我们第一次在三维中观察到,基质应力松弛对干细胞分化有何影响。”
增加应力松弛不仅显着增加了早期成骨细胞的分化,而且在这些细胞最初分化后,它们继续生长成骨细胞,并形成一个相互关联、富含胶原蛋白的矿化基质,这是骨骼的骨结构特征。Mooney表示:“这项工作不仅对再生生物学提供了新的见解,而且允许我们设计某种材料,积极地促进组织再生。”
本文共同第一作者、Mooney实验室以前的博士后Ovijit Chaudhuri表示,快速松弛的微环境可促进更多的骨生成,并形成骨骼,原因在于这些模型可能机械地重建基质,更容易改变形状。
Chaudhuri说:“想象一下,你被困在一块橡胶中。每一次移动都受到橡胶弹性的对抗。但如果不是橡胶,而是被困在橡皮泥中,它的松弛应力很快,是可塑的,你就可以重塑腻子并左右移动。在我们的实验中,我们发现,更快的应力松弛可允许显着不同的细胞形态。”
这似乎违反了“骨细胞需要快速松弛的环境以生长为骨骼”的直觉,因为骨骼是非常坚硬和弹性的。然而,研究小组观察到,骨折周围的微环境,与研究小组在实验室开发的快速松弛水凝胶,是非常相似的。
Gu说:“凝固的骨髓和骨折血肿,是粘弹性的,并且有快速应力松弛的表现。这可能是一个迹象表明,在自然环境中,当骨折愈合时,它需要一个非常快的应力松弛基质,以协助骨形成。”
研究的下一阶段是,在体内测试快速松弛的水凝胶,以探究它们是否促进骨愈合。
Mooney说:“这项工作将一个新的概念引入到力生物学和再生医学领域,除此之外,我希望它将带来大量新的研究思路,研究其他一些材料力学性能如何影响细胞的行为。”
来源:干细胞之家 作者:林辉
为你推荐

《NPJ digital medicine》刊发李冬梅教授团队成果:AI赋能高效识别眼睑肿物
亚太眼整形外科学会主席、中华医学会眼科分会眼整形眼眶病学组副组长李冬梅教授团队携手爱尔数字眼科研究所,在《NPJ digital medicine》(影响因子:12 4)学术期刊发表团队...
文/李林 2025-04-02 10:27

默克全球执行副总裁周虹:合作与创新是默克未来五年战略的两大关键词
近日,德国默克医药健康全球执行副总裁、中国及国际市场负责人周虹带领医药健康中国及国际市场管理团队开启了2025年度首次“中国行”。
2025-04-01 17:11

首个且唯一,阿斯利康PD-L1单抗获FDA批准治疗肌层浸润性膀胱癌
度伐利尤单抗联合吉西他滨和顺铂作为新辅助治疗,随后度伐利尤单抗作为根治性膀胱切除术后的辅助单药治疗,用于治疗肌层浸润性膀胱癌成年患者。
2025-04-01 14:37

全国首个,湖北为脑机接口医疗服务定价
昨日(3月31日),据“湖北发布”消息,湖北省医保局发布全国首个脑机接口医疗服务价格,其中,侵入式脑机接口置入费6552元 次,侵入式脑机接口取出费3139元 次,非侵入式脑机...
2025-04-01 11:03

一款国产创新流感药,获批
近日,据国家药监局官网信息显示,青峰医药下属子公司江西科睿药自主研发的1类创新药玛舒拉沙韦片(商品名:伊速达)正式获批上市,用于既往健康的12岁及以上青少年和成人单纯性...
2025-04-01 10:22

26省联盟药品集采启动,聚焦妇科用药和造影剂
近日,山西省药械集中招标采购中心发布《关于做好二十六省联盟药品集中带量采购品种数据填报工作的通知》,开展相关采购数据填报工作。
2025-03-31 21:48

优时比罗泽利昔珠单抗注射液(优迪革)中国获批,全球首个且唯一双亚型创新药治疗全身型重症肌无力
作为唯一人源化、高亲和力且具备创新修饰结构的IgG4单抗,关键Ⅲ期MycarinG试验证实罗泽利昔珠单抗注射液(优迪革®)较安慰剂显著改善全身型重症肌无力患者的多个临床终点与结局。
2025-03-31 15:58

从手术麻醉到生命全周期护航,麻醉学科发展拓宽生命边界
3月26日,由中华医学会麻醉学分会、中国医师协会麻醉学医师分会等23家学协会共同举办的2025年中国麻醉周学术活动的启动仪式举办,该活动以“生命之重,大医精诚——守生命保驾护...
2025-03-31 15:30

欧狄沃联合逸沃成为中国目前唯一获批的肝细胞癌一线双免疫联合疗法
欧狄沃联合逸沃对比仑伐替尼或索拉非尼,可显著改善不可切除肝细胞癌一线患者的总生存期(OS),客观缓解率(ORR)可改善近3倍,中位缓解持续时间(mDOR)达30个月
2025-03-31 13:45

罗氏制药榜首 “现金牛” 产品罗可适(奥瑞利珠单抗)在华获批:开启多发性硬化症一年两次治疗新时代
罗氏制药今日(3月31日)宣布,其旗下创新药罗可适®(Ocrevus®,通用名:奥瑞利珠单抗注射液 ocrelizumab injection)正式获得中国国家药品监督管理局批准,每六个月静脉输...
2025-03-31 13:39

三生有幸,医者仁心:三生制药向全体医药工作者致敬!
3月30日是国际医师节,由三生制药公益支持的以“三生有幸,医者仁心”为主题的公益活动,携手20位医生代表,以寄语海报的形式,共同向全体医护人员表达诚挚的祝福与关爱。
2025-03-30 17:38

新版药典自2025年10月1日起实施
3月25日,国家药监局官网发布《国家药监局 国家卫生健康委关于颁布2025年版的公告(2025年第29号)》,2025年版《中国药典》自2025年10月1日起施行。
2025-03-30 17:07

向C端发力,华大集团首届健康同行合作伙伴大会圆满举行
3月29日,以“科技普惠,健康生活”为主题的华大集团首届健康同行合作伙伴大会在华大时空中心成功举办,通过报告演示、展台展示等方式,首次系统性地向外界展示运用生命科学前沿...
2025-03-30 10:38

广州试点创新药械“医保+商保”同步结算
本次试点依托国家医保信息平台,在22家试点医院实现医保+商保一站式同步结算,通过提供“商业保险创新药械结算清单”,商保理赔金额将一目了然,市民只需支付医保和商保报销后的...
2025-03-28 18:41

揽入首付款2亿美元,恒瑞医药就一款II期临床药物与默沙东达成新合作
近日,恒瑞医药发布公告称,公司与默沙东达成协议,将恒瑞医药的脂蛋白(a)[Lp(a)]口服小分子项目(包括名为HRS-5346的先导化合物)有偿许可给默沙东,默沙东将获得HRS-5346在大...
2025-03-28 16:24