JACS：分层自装配生物活性两亲性分子对的超分子纳米纤维自支持支架的干细胞分化

【引言】

具有能影响生物环境特性的生物材料的分子设计一直是化学与材料学科的研究热点。细胞外基质在支持细胞增殖、迁移和分化上提供了丰富的生物活性分子。具有模式化图案的纤维和交织结构的细胞外基质深远地影响了细胞行为和发展。受此理念启发，美国国立卫生研究院分子成像和纳米医学实验室陈小元教授（通讯作者）团队尝试整合必要的生物因素，从细胞外基质层面设计生物活性分子来构建人工自支撑的细胞外基质模仿物，以此推进干细胞培养。

【成果简介】

合成仿生分子可以在生理缓冲液中受静电协同效应（范德华力和分子间氢键）分层自组装成纳米纤维水凝胶。此外，陈小元教授团队的水凝胶被设计为在细胞培养过程中是可降解的，以产生额外的空间来促进细胞迁移、膨胀和分化。他们利用这种生物活性水凝胶作为一个无生长因子的支架来支撑和加速神经干细胞的粘附、增殖和分化成功能性神经元。该研究成功地完全使生物活性分子，自底部自装配为全新的模拟细胞外基质的生物材料，并能够直接影响生物行为。这种方法为推进组织工程和细胞输送提供了一个全新的生物材料设计。该成果发表在近期的JACS杂志上。

【图文导读】

方案图1 带相反电荷的两亲分子自下而上自组装成为自支持式可降解支架并引导神经干细胞分化

图1  两亲生物活性分子对及其自装配

a  用于自组装的两亲生物活性分子对的化学结构。

b  两个带相反电荷的两亲分子封层自组装成过渡胶束结构并最终成为纤维结构

图2 自组装纳米纤维的表征

a  低倍的自组装纳米纤维的透射电镜。

b  高倍的自组装纳米纤维的透射电镜。

c  低倍的自组装纳米纤维的原子力显微电镜。

d 高倍的自组装纳米纤维的原子力显微电镜。

e 从d图的中来的纳米纤维侧视图

f 从d图中进行纳米纤维高度分析。轮廓高度分析表明了d图中白线选择的区域。

g cd分析了自组装纤维的不同原子组成。

h 自组装水凝胶的视黄酸释放。

图3  自组装纳米纤维上生长的神经干细胞

a 神经干细胞在不同培养环境中的粘附。比例尺=50 nm。

b 轴突染色（βIII微管蛋白）分化的神经干细胞。比例尺=50 nm。

c 从βIII微管蛋白染色图像中进行的神经突长度计数。样本数=4-5.

d 不同时间点分化中的神经干细胞的活死染色。样本数=3。

图4  自组装纳米纤维上生长的神经干细胞的分化

a 第7天，分化的神经干细胞的突触蛋白、突触素 1染色。比例尺=50 μm。

b 第14天，分化的神经干细胞的βIII微管蛋白染色。比例尺=50 μm。

c 从βIII微管蛋白染色图像中进行的神经突长度计数。样本数=4-5。

d 从自装配生物活性水凝胶上选出的神经干细胞分化的神经元的动作电位放电的电生理记录。

文献链接：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组孙苗供稿，材料牛编辑整理。

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