JACS：分層自裝配生物活性兩親性分子對的超分子納米纖維自支持支架的干細胞分化

【引言】

具有能影響生物環境特性的生物材料的分子設計一直是化學與材料學科的研究熱點。細胞外基質在支持細胞增殖、遷移和分化上提供了豐富的生物活性分子。具有模式化圖案的纖維和交織結構的細胞外基質深遠地影響了細胞行為和發展。受此理念啟發，美國國立衛生研究院分子成像和納米醫學實驗室陳小元教授（通訊作者）團隊嘗試整合必要的生物因素，從細胞外基質層面設計生物活性分子來構建人工自支撐的細胞外基質模仿物，以此推進干細胞培養。

【成果簡介】

合成仿生分子可以在生理緩沖液中受靜電協同效應（范德華力和分子間氫鍵）分層自組裝成納米纖維水凝膠。此外，陳小元教授團隊的水凝膠被設計為在細胞培養過程中是可降解的，以產生額外的空間來促進細胞遷移、膨脹和分化。他們利用這種生物活性水凝膠作為一個無生長因子的支架來支撐和加速神經干細胞的粘附、增殖和分化成功能性神經元。該研究成功地完全使生物活性分子，自底部自裝配為全新的模擬細胞外基質的生物材料，并能夠直接影響生物行為。這種方法為推進組織工程和細胞輸送提供了一個全新的生物材料設計。該成果發表在近期的JACS雜志上。

【圖文導讀】

方案圖1 帶相反電荷的兩親分子自下而上自組裝成為自支持式可降解支架并引導神經干細胞分化

圖1 ?兩親生物活性分子對及其自裝配

a ?用于自組裝的兩親生物活性分子對的化學結構。

b ?兩個帶相反電荷的兩親分子封層自組裝成過渡膠束結構并最終成為纖維結構

圖2?自組裝納米纖維的表征

a ?低倍的自組裝納米纖維的透射電鏡。

b ?高倍的自組裝納米纖維的透射電鏡。

c ?低倍的自組裝納米纖維的原子力顯微電鏡。

d 高倍的自組裝納米纖維的原子力顯微電鏡。

e 從d圖的中來的納米纖維側視圖

f 從d圖中進行納米纖維高度分析。輪廓高度分析表明了d圖中白線選擇的區域。

g cd分析了自組裝纖維的不同原子組成。

h 自組裝水凝膠的視黃酸釋放。

圖3 ?自組裝納米纖維上生長的神經干細胞

a 神經干細胞在不同培養環境中的粘附。比例尺=50 nm。

b 軸突染色（βIII微管蛋白）分化的神經干細胞。比例尺=50 nm。

c 從βIII微管蛋白染色圖像中進行的神經突長度計數。樣本數=4-5.

d 不同時間點分化中的神經干細胞的活死染色。樣本數=3。

圖4 ?自組裝納米纖維上生長的神經干細胞的分化

a 第7天，分化的神經干細胞的突觸蛋白、突觸素 1染色。比例尺=50 μm。

b 第14天，分化的神經干細胞的βIII微管蛋白染色。比例尺=50 μm。

c 從βIII微管蛋白染色圖像中進行的神經突長度計數。樣本數=4-5。

d 從自裝配生物活性水凝膠上選出的神經干細胞分化的神經元的動作電位放電的電生理記錄。

文獻鏈接：Hierarchical Assembly of Bioactive Amphiphilic Molecule Pairs into Supramolecular Nanofibril Self-Supportive Scaffolds for Stem Cell Differentiation（JACS，2016，DOI：10.1021/jacs.6b09014）

本文由材料人生物材料小組孫苗供稿，材料牛編輯整理。

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