手性納米纖維調控細胞三維粘附的研究

《手性納米纖維調控細胞三維粘附的研究》是依託上海交通大學，由馮傳良擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：手性納米纖維調控細胞三維粘附的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：馮傳良
• 依託單位：上海交通大學

項目摘要

手性特徵對保持組織細胞在三維結構中的正常功能起到了決定作用，研究手性調控細胞三維粘附、生長的機理,對開發仿生組織工程材料有著重要指導意義。本項目基於C2對稱（如1,4環己烷二甲酸）超分子凝膠因子結構高度對稱和模組可設計的特點，引入手性分子基團，利用凝膠因子之間恆定的物理相互作用，製備具有手性特徵的納米纖維三維結構。得益於自組裝體可功能化的優點，構建手性與力學強度、手性與化學組份（如自由能）等協同的三維微納米結構。研究手性納米纖維、手性納米纖維與力學強度協同、手性納米纖維與化學組份協同下的細胞粘附、生長機理，探索細胞膜基質蛋白（如纖連蛋白）與手性納米纖維的動態相互作用和其介導細胞粘附的本質，揭示手性納米纖維調控細胞三維粘附、生長的本質，為構建具有手性特徵的仿生三維微納米環境提供理論及實驗依據。

結題摘要

手性是天然生物材料的基本特徵之一，人體軟組織或硬組織細胞外生存微環境是由具有手性結構的生物材料或大分子所組成，它們對維持人體正常生理功能非常關鍵。構建具有仿生細胞外微環境的生物材料在再生醫學、組織工程修復領域有著非常重要的基礎及套用研究價值。基於此，本項目提出了通過可控自組裝構建具有手性特徵的三維結構水凝膠，研究細胞在手性納米纖維環境中的粘附、生長行為及本質。項目主持人提出和發展了基於“三明治”結構（C2對稱）分子的新一代水凝膠體系設計思路，通過分子內鏈段的有序排列實現了分子間多重有序相互作用，避免了分子間由於無序排列導致的手性消失，解決了手性特徵從分子水平向微米組裝體水平傳遞的問題。藉助於手性超分子基元之間的弱物理相互作用及分子高度有序自組裝的特點，我們發展了系列具有相同骨架結構、不同化學組分的水凝膠基元。通過金屬離子配位作用、改變溶劑pH值、共組裝等方式，實現了手性與力學強度、手性與化學組份的協同和功能可控。通過研究手性三維仿生微環境中細胞的行為，發現了左旋結構水凝膠可以促進細胞粘附生長，而右旋抑制的規律，二者細胞生長量差別可達260%。同時發現，手性結構也是決定幹細胞命運的重要因素之一，左旋結構利於骨髓間充質幹細胞向成骨分化，而右旋則利於成脂分化，這一過程與纖維連線蛋白和手性基質相互作用激活Itgα5β1信號傳導繼而介導幹細胞命運選擇有關。研究結果揭示了手性特徵能夠調控幹細胞命運選擇實現精確的再生反應，這對於理解生命起源中細胞命運確定的機制至關重要。本項目共發表標註本基金項目的SCI 收錄論文28篇，其中影響因子大於10的論文包括Angew. Chem. Int. Ed. 3篇, Adv. Mater. 1篇, ACS Nano 1篇，Mater. Horiz. 1篇; 培養了多名超分子水凝膠研究方面的優秀人才，包括5名優秀的博士和6名碩士; 參加國際、國內學術會議並做主題或邀請報告10餘次。邀請國際著名專家包括Holger Schönherr、Tamaki Nakano等學術互訪，並展開了良好的國際合作。