上海大学苏佳灿教授团队 Mater. Horiz.：具备可控表面刚度的双网络DNA-丝素蛋白水凝胶调控成软骨分化

2024-01-19 来源：高分子科技

骨关节炎（OA）是一种以软骨缺损为主要特征的关节疾病，由于其高致残率，给个人和社会带来了巨大负担。同时，现有的临床治疗方案都存在一定的缺陷，无法满足软骨修复需求。目前，水凝胶被认为在组织工程领域有着巨大潜力。值得注意的是，干细胞会感知水凝胶的表明刚度从而调控自身分化命运。然而，适宜干细胞成软骨分化的最佳表明刚度及调控机制尚不明确。因此，构建表面刚度可控的水凝胶，探索调控干细胞成软骨分化最佳的表面刚度并阐明其作用机制有重大意义。

近日，上海大学转化医学研究院苏佳灿教授研究团队首次将DNA与丝素蛋白结合在一起制备了具备可控表面刚度的双网络DNA-丝素蛋白水凝胶用于调控干细胞成软骨分化（图1）。其中，DNA通过碱基互补配对形成DNA超分子网络，诱导SF分子形成β-折叠。DNA超分子网络密度越大，水凝胶的β-折叠含量越高，表面刚度越大（图 2）。此外，通过阿利新蓝染色和RT-qPCR等实验证明，具备适中表面刚度（30.21 kPa）的双网络DNA-丝素蛋白水凝胶更利于BMSCs成软骨分化（图 3）。更重要的是，具备适中表面刚度的双网络DNA-丝素蛋白水凝胶可以上调BMSCs（骨髓间充质干细胞）的Wnt信号通路和TGF-β信号通路，促进含胶原的细胞外基质分泌，诱导BMSCs成软骨分化（图 4）。最后，将具备适中表面刚度的双网络DNA-丝素蛋白水凝胶植入SD大鼠软骨缺损模型中进行软骨修复功能验证。肉眼观测及AFM（原子力显微镜）表征均显示具备适中表面刚度的双网络DNA-丝素蛋白水凝胶可以加速软骨再生修复（图 5）。该项工作探索了软骨修复水凝胶的最佳的表面刚度及作用机制，为软骨修复水凝胶的设计开发提供指引。

图1. 具备可控表面刚度的双网络DNA-丝素蛋白水凝胶调控成软骨分化示意图。

图 2. 双网络DNA-丝素蛋白水凝胶表面刚度测试。

图 3. 表面刚度适中的DNA-丝素蛋白水凝胶更利于干细胞成软骨分化。

图 4. 转录组分析测试：DNA-丝素蛋白水凝胶促BMSCs成软骨分化机制。

图 5. DNA-丝素蛋白水凝促软骨再生修复体内功能验证。

该工作以 “Dual-network DNA-Silk fibroin hydrogels with controllable surface rigidity for regulating chondrogenic differentiation” 为题发表在《Materials Horizons》上。上海大学为第一作者单位，苏佳灿教授、耿振副研究员、李蒙蒙助理研究员和张琴副研究员为文章的共同通讯作者，周紫阳硕士、宋沛然博士后、吴琰博士后和王苗苗博士为文章的并列第一作者。该工作得到了国家自然科学基金重大研究计划集成项目和重点项目等资助。

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/MH/D3MH01581E

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（责任编辑：xu）

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