使用新型无定形网络可调表面刚度研究取得新进展

组织再生是细胞增殖、分化和组织形态形成的协同过程。对于原位组织工程，生物材料需要具有适宜的生物物理与化学信号以促进损伤部位的功能恢复，生物活性信号对原位组织再生过程中的内源性祖细胞、干细胞以及局部组织微环境的响应发挥关键作用。因此，优化细胞对植入生物材料的响应在组织再生至关重要。基底模量已被广泛认为是影响细胞行为和功能的关键因素之一。然而，基底模量对于体外细胞行为影响的众多结果尚未系统地与具有更复杂的生物力学、化学和拓扑特征的体内真实微环境相关联。尤其是，在对于模量迥异的硬、软两种类型的组织进行修复，在材料的力学需求上是否具有倾向性，是组织工程和生物材料领域的重要问题。

近日，中山大学材料科学与工程学院王山峰教授团队为全面、系统地回答这个问题，以“Opposite Mechanical Preference of Bone/Nerve Regeneration in 3D-printed Bioelastomeric Scaffolds/Conduits Consistently Correlated with YAP-Mediated Stem Cell Osteo/Neuro-genesis”为题发表在Advanced Healthcare Materials上。文章第一作者为中山大学材料科学与工程学院2019级博士毕业生成肖鹏，主通讯作者为其导师王山峰教授。相关成果该研究得到中国国家自然科学基金和中山大学“百人计划”启动经费的支持。

图1. 光固化和生物可降解弹性体调节人源间充质干细胞命运和体内骨/神经组织再生

图2. 模量介导周围神经再生的潜在机制示意图

在此研究工作中，王山峰教授团队开发了一种新型的可光固化聚合物聚三亚甲基碳酸酯富马酸酯（PTMCF，中国发明专利申请号：202011000150.4），通过面投影微立体光刻技术（PμSL）制备了具有单因素变量（模量）的二维基底和三维支架，并用于研究模量对体外人源间充质干细胞行为以及体内软硬组织再生的影响。得出的主要结论如下：

（1）将线性PTMC二醇与富马酰氯进行缩聚得到了可光固化可降解的无定形PTMCF。PTMCF的低玻璃化转变温度和低零剪切黏附特性使其可在高固含量下PμSL打印为生物弹性体。PTMCF交联网络性质如玻璃化转变温度、拉伸模量和降解速率均与随交联密度增加而升高。

（2）在拉伸模量位于90-990 kPa范围内，人源间充质干细胞（hMSCs）粘附、铺展和增殖与模量呈正相关；而hMSCs成骨或神经元分化分别在990 kPa和90 kPa基底上得到增强，模量通过介导YAP转录活性调控粘着斑蛋白形成以及后续的细胞行为。

（3）当支架压缩模量处于85-580 kPa范围内，大鼠股骨髁修复与支架模量呈正相关；而其周围神经修复与支架模量呈负相关。通过转录组学得到的模量介导周围神经修复潜在机制：适宜的模量可促进细胞整合素表达，激活FAK磷酸化并进一步活化Rho家族蛋白，从而激活下游蛋白以形成Arp2/3复合物，促进肌动蛋白成核与聚合，并形成丝状伪足、微突起和板状伪足，促进神经元生长并进一步修复周围神经。