中山大学全大萍/白莹/《Biomaterials》:组织特异性的脱细胞脊髓水凝胶在神经干细胞微环境重建和脊髓损伤修复中的作用
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详细介绍

理想的生物材料可在脊髓损伤修复过程中为组织再生提供物理支撑,并作为细胞移植或生长因子的载体在微环境改善以及激活内在神经元再生能力等方面发挥重要作用。组织来源的脱细胞基质水凝胶是一种天然的生物材料,近年来成为软组织修复或组织替代疗法的研究热点。目前,多种动物来源的脱细胞基质水凝胶已被广泛应用于组织工程和再生医学的研究甚至是临床实践中。越来越多研究报道表明,组织来源脱细胞基质水凝胶中的活性成分保留了较高的组织特异性,这种组织特异性可能在组织修复中起着至关重要的作用。前期研究发现,脱细胞周围神经基质水凝胶可促进新生轴突的髓鞘化并抑制突触形成,反映了周围神经来源脱细胞基质的组织特异性 (Zou et al. Adv. Funct. Mater., 2018)。然而,对同样来自神经系统的脱细胞脊髓基质水凝胶,人们尚未做出深入探究,它的复合组分如何调控神经干细胞的命运,及其对脊髓损伤修复的影响仍需进一步探究。

图1. 脱细胞基质水凝胶的制备、SEM表征与神经干细胞的三维培养。作者采用材料学、转录组学、基质组蛋白分析等手段,对脱细胞脊髓基质水凝胶(decellularized spinal cord matrix hydrogel,DSCM-gel)和脱细胞周围神经基质水凝胶(decellularized nerve matrix hydrogel,DNM-gel)进行了分析比较。结果发现,两种脱细胞基质水凝胶保留了与细胞外基质类似的纳米纤维结构,但DSCM-gel的孔隙率和纤维直径略高于DNM-gel。将神经干/祖细胞(neural stem/progenitor cell,NSPC)包埋在脱细胞基质水凝胶中进行三维培养,发现DSCM-gel更有利于NSPC的存活、增殖和迁移,并且能够促进NSPC的神经元向分化(图1)。结合RNA-Seq表达谱测序技术和生物信息学分析,发现DSCM-gel三维培养模式能明显促进NSPC神经元向分化以及加速神经元的成熟。转录组分析进一步表明,DSCM-gel通过调节整合素 (integrin) 基因(itgα2、itgα9和itgβ9)的表达谱以及AKT/ERK相关信号通路来调控NSPCs的行为(图2)。蛋白质组学分析表明,DSCM组织特异性的细胞外基质蛋白,如层粘连蛋白(LAM)、肌腱蛋白家族(TNC)和一些可溶性生长因子(FGF2)可能参与了这些调控(封面图)。此外,体内评估证实,DSCM-gel为大鼠脊髓全横断损伤后的内源性NSPC的募集和轴突再生提供了合适的微环境。

图2. DSCM-gel调节整合素基因的表达和AKT/ERK相关信号通路调控NSPC的行为。将脱细胞基质提供的三维微环境与其特定的细胞调控作用相关联,对于多功能生物材料的设计和制造是至关重要的。本研究进一步加深了对组织来源脱细胞基质的组成成分、组织特异性和生物功能的理解,阐明了其影响神经干细胞命运的作用,同时也验证了脱细胞脊髓基质水凝胶作为转化生物材料在脊髓损伤修复中的巨大潜力。论文的第一作者为中山大学化学学院博士生徐毅炜,共同通讯作者为中山大学材料科学与工程学院全大萍教授、白莹副教授与中国科学院广州健康与医药研究院张骁研究员。

全大萍教授:博士,中山大学材料科学与工程学院、化学学院双聘教授、博士生导师。主要从事的学科领域为生物医用高分子材料与组织工程。现担任广东省功能生物材料工程技术研究中心主任,中国生物材料学会神经修复材料分会理事会委员,广东省人体组织工程学会常务理事,广州市康复医疗器材产学研协同创新联盟主任委员、首席科学家。研究兴趣包括可吸收功能聚酯的设计与合成、神经组织工程(中枢神经、周围神经)、脱细胞基质生物材料的基础及应用研究。先后承担2项国家重点研发计划课题,主持7项国家自然科学基金(包括1项广东省-NSFC联合基金重点项目),主持广东省重点领域研发计划1项,省市科技攻关以及相关合作项目10多项。在植入性生物医用材料、组织工程支架和药物缓释载体材料等方面研究已发表论文近110篇。

中山大学全大萍教授课题组现诚聘博士后与专职科研人员,欢迎具有高分子化学与物理、组织工程材料、细胞/分子生物学、动物实验等专业背景或相关经验的青年博士加盟。其中,特聘研究员、特聘副研究员首次聘用时年龄原则上不超过38周岁,薪酬待遇20~36万元人民币。按个人情况定岗,基础岗位工资14~30万+单位五险一金+效绩奖金0~10万,聘期三年,合同到期后可续聘或者推荐申请副教授及以上职位,或者推荐到国内外其他高校工作。博士后研究员岗位,原则上招收年龄在35岁以下,获得博士学位一般不超过两年,具备较高的学术水平和较强的科研能力的海内外优秀博士。(a)学校博士后:基本工资年20万+单位五险一金+绩效奖金0~10万,提供周转住房,子女入学等;(b)“博新计划”博士后:年薪30万+单位五险一金+绩效奖金0-10万,提供住房,子女入学等;(c)广东省“珠江人才计划(博士后资助项目)”:年薪30万+单位五险一金+绩效奖金0~10万,提供住房,子女入学等;出站后继续在粤工作者可获得40万安家费。博士后出站,根据个人意向推荐竞聘更高级别岗位(教师和专职科研岗位)或推荐国外工作机会。联系方式:邮箱(cesqdp@mail.sysu.edu.cn, 邮件标题注明:应聘岗位+毕业院校+本人姓名)或电话(020-84114030)。

白莹副教授:博士,中山大学“百人计划”引进,材料科学与工程学院研究生导师,广东省引进创新创业团队纳米医学工程创新团队核心成员。主要研究兴趣和科研方向为生物高分子材料,生物医用材料与组织工程,生物3D打印技术。在研项目包括国家十三五重点研发计划,主持国家自然科学基金青年项目、广州市科技计划项目等共5项。以通讯或第一作者身份在Advanced Functional Materials,Science Advances, ACS Applied Materials and Interfaces等高水平期刊发表论文20余篇。

张骁研究员:博士,中国科学院广州生物医药与健康研究院,中科院百人计划获得者,双聘生物岛实验室,获2019年朱良漪“青年创新奖”,中国仪器仪表分析仪器分会理事,副秘书长。有大分子、细胞治疗转化医学背景,同时对机械设计、光学和自动化控制在生命科学上的应用见解独到。归国后,领导完成国际首台全自动干细胞诱导培养设备研发,建立了干细胞自动化培养、显微在线观测、移液换液及克隆挑取的装备技术,首次实现了以机器学习及人工智能算法为判定的细胞重编程命运的自动化诱导。疾病方向研究集中在TILRR蛋白的功能验证、体外类肾器官培养方向。仪器自主研发方向集中在跨衍射极限三维光片显微装备的研发、全自动细胞诱导培养设备、3D打印等方向。发表论文多篇,近五年来以通讯作者发表一区文章4篇(IF>101篇);现已申请专利48项,其中US专利1项,PCT 1项,授权发明专利30余项。

论文信息:

Yiwei Xu, Jing Zhou, Cuicui Liu, Sheng Zhang, Fenglin Gao, Wenjing Guo, Xiumin Sun, Chi Zhang, Heying Li, Zilong Rao, Shuai Qiu, Qingtang Zhu, Xiaolin Liu, Xiaodong Guo, Zengwu Shao, Ying Bai*, Xiao Zhang*, Daping Quan*. Understanding the Role of Tissue-Specific Decellularized Spinal Cord Matrix Hydrogel for Neural Stem/Progenitor Cell Microenvironment Reconstruction and Spinal Cord Injury. Biomaterials 2020, 120596.

信息来源: Biomaterials

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