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上海大學蘇佳燦教授團隊 Mater. Horiz.：具備可控表面剛度的雙網絡DNA-絲素蛋白水凝膠調控成軟骨分化

2024-01-19 來源：高分子科技

骨關節炎（OA）是一種以軟骨缺損為主要特征的關節疾病，由于其高致殘率，給個人和社會帶來了巨大負擔。同時，現有的臨床治療方案都存在一定的缺陷，無法滿足軟骨修復需求。目前，水凝膠被認為在組織工程領域有著巨大潛力。值得注意的是，干細胞會感知水凝膠的表明剛度從而調控自身分化命運。然而，適宜干細胞成軟骨分化的最佳表明剛度及調控機制尚不明確。因此，構建表面剛度可控的水凝膠，探索調控干細胞成軟骨分化最佳的表面剛度并闡明其作用機制有重大意義。

近日，上海大學轉化醫學研究院蘇佳燦教授研究團隊首次將DNA與絲素蛋白結合在一起制備了具備可控表面剛度的雙網絡DNA-絲素蛋白水凝膠用于調控干細胞成軟骨分化（圖1）。其中，DNA通過堿基互補配對形成DNA超分子網絡，誘導SF分子形成β-折疊。DNA超分子網絡密度越大，水凝膠的β-折疊含量越高，表面剛度越大（圖 2）。此外，通過阿利新藍染色和RT-qPCR等實驗證明，具備適中表面剛度（30.21 kPa）的雙網絡DNA-絲素蛋白水凝膠更利于BMSCs成軟骨分化（圖 3）。更重要的是，具備適中表面剛度的雙網絡DNA-絲素蛋白水凝膠可以上調BMSCs（骨髓間充質干細胞）的Wnt信號通路和TGF-β信號通路，促進含膠原的細胞外基質分泌，誘導BMSCs成軟骨分化（圖 4）。最后，將具備適中表面剛度的雙網絡DNA-絲素蛋白水凝膠植入SD大鼠軟骨缺損模型中進行軟骨修復功能驗證。肉眼觀測及AFM（原子力顯微鏡）表征均顯示具備適中表面剛度的雙網絡DNA-絲素蛋白水凝膠可以加速軟骨再生修復（圖 5）。該項工作探索了軟骨修復水凝膠的最佳的表面剛度及作用機制，為軟骨修復水凝膠的設計開發提供指引。

圖1. 具備可控表面剛度的雙網絡DNA-絲素蛋白水凝膠調控成軟骨分化示意圖。

圖 2. 雙網絡DNA-絲素蛋白水凝膠表面剛度測試。

圖 3. 表面剛度適中的DNA-絲素蛋白水凝膠更利于干細胞成軟骨分化。

圖 4. 轉錄組分析測試：DNA-絲素蛋白水凝膠促BMSCs成軟骨分化機制。

圖 5. DNA-絲素蛋白水凝促軟骨再生修復體內功能驗證。

該工作以 “Dual-network DNA-Silk fibroin hydrogels with controllable surface rigidity for regulating chondrogenic differentiation” 為題發表在《Materials Horizons》上。上海大學為第一作者單位，蘇佳燦教授、耿振副研究員、李蒙蒙助理研究員和張琴副研究員為文章的共同通訊作者，周紫陽碩士、宋沛然博士后、吳琰博士后和王苗苗博士為文章的并列第一作者。該工作得到了國家自然科學基金重大研究計劃集成項目和重點項目等資助。

原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/MH/D3MH01581E

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（責任編輯：xu）

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