Matter | 活性界面材料精準調(diào)控外泌體分泌促血管神經(jīng)協(xié)同修復(fù)
血管神經(jīng)再生修復(fù)的生理進程極為復(fù)雜。近年來,基于外泌體的促再生修復(fù)策略受到了廣泛的關(guān)注。然而,現(xiàn)有策略面臨外泌體壽命短(僅24~48小時)、劑量低以及具有特異性細胞調(diào)控功能的miRNA不可變等挑戰(zhàn),仍難以再現(xiàn)天然生理過程中復(fù)雜、動態(tài)的調(diào)控進程,嚴重限制了其在血管神經(jīng)協(xié)同修復(fù)方面的應(yīng)用。
11月21日,中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院智能醫(yī)用材料與器械研究中心杜學(xué)敏研究員團隊,在精準調(diào)控外泌體分泌的活性界面材料方面取得重要研究進展。相關(guān)成果以“A ferroelectric living interface for fine-tuned exosome secretion toward physiology-mimetic neurovascular remodeling”為題,發(fā)表在Cell Press旗下旗艦期刊Matter上。

論文上線截圖
該活性界面材料(LIFES)結(jié)合聚偏氟乙烯-三氟乙烯(P(VDF-TrFE))基智能高分子復(fù)合材料層與間充質(zhì)干細胞的活細胞層,通過復(fù)合材料層的拓撲和電信號對間充質(zhì)干細胞的調(diào)控,不但實現(xiàn)了外泌體的持久(約192小時)、大量(提升約8倍)釋放,并且可在血管神經(jīng)修復(fù)的不同階段調(diào)控外泌體中的miRNA(前期促血管生成、后期促神經(jīng)再生),模擬天然血管神經(jīng)修復(fù)過程中的階段特異調(diào)控作用,從而有效促進活體血管神經(jīng)的協(xié)同修復(fù),在智能生物醫(yī)用材料與器械領(lǐng)域有著重大應(yīng)用前景。
為解決現(xiàn)有基于外泌體的促再生修復(fù)策略面臨的挑戰(zhàn),研究團隊提出了由智能高分子復(fù)合材料層和間充質(zhì)干細胞的活細胞層這兩個核心元素組成的LIFES(圖1)。

圖1:促血管神經(jīng)協(xié)同修復(fù)的LIFES設(shè)計
其中復(fù)合材料層為具有納米槽表面拓撲結(jié)構(gòu)的P(VDF-TrFE)基薄膜,可提供用于間充質(zhì)細胞調(diào)控的拓撲、壓電和光熱釋電信號;而間充質(zhì)干細胞的活細胞層則可實現(xiàn)外泌體的持久分泌。通過復(fù)合材料層的拓撲、壓電和光熱釋電信號對間充質(zhì)細胞形態(tài)、分化、電生理響應(yīng)等行為功能的調(diào)控以及對細胞不同信號通路的次序激活,LIFES可實現(xiàn)精準調(diào)控的外泌體分泌,重現(xiàn)天然血管神經(jīng)再生修復(fù)生理過程中多靶點、階段特異的調(diào)控作用。
基于此,LIFES不但實現(xiàn)了血管神經(jīng)在體外的協(xié)同修復(fù),并且在大鼠糖尿病傷口模型中,同樣展現(xiàn)了卓越的促血管神經(jīng)協(xié)同修復(fù)的能力(圖2)。本研究提出的LIFES有助于推動解決血管神經(jīng)協(xié)同修復(fù)這一組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的重大難題,有望促進下一代智能生物醫(yī)用材料與器械的發(fā)展。

圖2:LIFES加速糖尿病傷口血管神經(jīng)協(xié)同修復(fù)
中國科學(xué)院深圳先進技術(shù)研究院智能醫(yī)用材料與器械研究中心杜學(xué)敏研究員為該論文的通訊作者,博士研究生彭明星、趙啟龍副研究員為共同第一作者,深圳理工大學(xué)生命健康學(xué)院王玉田教授、柴安平博士以及香港大學(xué)機械工程系王敏教授為該論文共同作者,在研究中提供了大量幫助。
該論文獲得國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會、廣東省重點和深圳市醫(yī)學(xué)研究基金等科技項目支持。
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