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分享控制干细胞分化的新方法
点击次数：129 发布时间：2018/7/3 10:00:45
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*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*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zui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*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。”
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*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*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zui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*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。”
兔抗人、大、小鼠磷酸化周期素依赖激酶1IgG大鼠血管紧张素转化酶(ACE)
兔抗人、大、小鼠磷酸化周期素依赖激酶1IgG大鼠血管紧张素原(aGT)
兔抗人、大、小鼠磷酸化周期素依赖性激酶9IgG大鼠血管紧张素Ⅱ转化酶(ACEⅡ)
兔抗人、大、小鼠磷酸化转录调节因子C/EBP α IgG大鼠血管紧张素Ⅱ(ANG-Ⅱ)
兔抗人、大、小鼠磷酸化转录调节因子C/EBP α IgG大鼠血管紧张素Ⅰ转化酶(ACEⅠ)
兔抗人、大、小鼠膀胱癌缺失基因1IgG鸡B因子(BF)
兔抗人、大、小鼠皮层肌动蛋白IgG大鼠溴脱氧核苷尿嘧啶(BrdU)
兔抗人、大、小鼠神经迁移蛋白Slit2/3IgG大鼠雄烯二酮(ASD)
兔抗人、大、小鼠生长因子受体结合蛋白10IgG大鼠雄激素(androgen)
兔抗人、大、小鼠失调症蛋白1IgG大鼠胸腺活化调节趋化因子(TARC/CCL17)
原创作者：上海谷研实业有限公司
