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浙江大学高长有教授课题组:抗污性表面细胞选择性肽密度的动态改变对干细胞粘附迁移行为的影响
2019-10-21  来源:高分子科学
关键词:抗污性 聚合物刷

  骨髓间充质干细胞(BMSC)因其多向分化能力、免疫调节性质及旁分泌效应而在组织工程和再生医学中得到了广泛应用。但其在表面性质动态变化的材料上的迁移却鲜有报道。鉴于细胞与体内环境间相互作用是高度动态变化的,因而探究材料表面性质动态变化对干细胞的粘附和迁移的影响对于更好地发挥干细胞功能,设计新型智能生物材料具有重要意义。

  浙江大学高分子科学与工程学系高长有教授课题组通过抗污性聚合物刷与BMSC亲和性多肽E7的结合提高了材料表面对于BMSC的选择性粘附,使多肽成为BMSC与表面的主要结合位点。其后基于主客体相互作用,通过外加竞争性客体分子金刚烷胺盐酸盐(Ama)及紫外光照使偶氮苯修饰的E7多肽从环糊精修饰的聚合物刷上不同程度脱离,进而影响干细胞的粘附和迁移行为(图1)。

图1. 抗污性聚合物刷的制备、主客体多肽的固定及响应性脱离示意图

  通过紫外光谱中偶氮苯特征吸收峰的变化可以证明,经过10 μmol/L和20 μmol/L Ama的处理后,表面多肽含量分别降低了20%和40%。在紫外光照的辅助下多肽脱离效率更高,5 min紫外光照结合20 μmol/L Ama的处理,可使多肽脱离达到70% (图2)。

图2. 紫外可见光谱测量不同刺激后, 材料表面偶氮苯多肽特征吸收峰. CD/E7为初始多肽表面, 20A+UV为5 min紫外照射和20 μmol/L Ama处理

  细胞粘附实验表明,该表面通过阻粘聚合物与E7多肽的结合,可选择性地促进BMSC的粘附,而对竞争性的成纤维细胞及巨噬细胞的粘附产生一定的抑制作用(图3a, 3b)。在外加刺激作用下,由于E7多肽的脱离,相对于对照组玻璃基底,该表面粘附的干细胞也相应产生一定程度的脱离。在20 μmol/L Ama作用下,细胞脱离率接近40%,细胞与材料的相互作用力也产生相应的改变(图3c)。

图3. (a, b) BMSCs在CD/E7表面的选择性粘附; (c) BMSCs在不同条件刺激后, 在CD/E7表面的粘附变化

  最后,通过单细胞迁移实验发现,E7修饰的聚合物刷表面干细胞迁移速度为33.9 μm/h,是普通玻璃基底3倍左右。通过外加刺激动态改变表面多肽密度后,其迁移速度会产生不同程度的降低,在20 μmol/L Ama作用下迁移速度最低可降至15 μm/h (图4)。

图4. 不同条件刺激下BMSCs在CD/E7 (蓝)和玻璃(紫)表面的迁移轨迹(a-l)和速度统计(m). (a, g) Untreated, (b, h) 10 μM Ama, (c, i) 20μM Ama, (d, j) 5 min UV irradiation, (e, k) 5 min UV irradiation +10 μM Ama, and (f, l) 5 min UV irradiation +20 μM Ama.

  杜旺博士研究生是该论文第一作者,高长有教授为通讯作者。该项工作得到国家重点研发计划项目(No. 2016YFC1100403)和国家自然科学基金(No. 21434006,51873188)的资助。

  该工作即将发表于Chinese Journal of Polymer Science。

  论文链接:https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10118-019-2324-y

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(责任编辑:xu)
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