發(fā)布時間：2025-11-03
中國科學院廣州生物醫(yī)藥與健康研究院（以下簡稱“廣州健康院”）納米轉(zhuǎn)化醫(yī)學研究組和華中科技大學協(xié)和醫(yī)院孫家明教授團隊近期聯(lián)合在 Materials Today Bio發(fā)表了題為 “Aerogel library with varying porous structures and mechanics regulates motor neuron progenitor differentiation for spinal cord injury repair” 的研究論文。該研究構(gòu)建了一種微納結(jié)構(gòu)與力學性能可調(diào)控的多孔氣凝膠庫，揭示了仿生三維微環(huán)境的孔隙結(jié)構(gòu)與力學強度對人源誘導多能干細胞（hiPSCs）來源的運動神經(jīng)前體細胞（MNPs）譜系命運調(diào)控作用和關(guān)鍵分子機制，并驗證了其在脊髓損傷修復中的功能再生潛力。
在脊髓損傷微環(huán)境中，外源細胞移植常面臨生存率低、分化譜系不穩(wěn)定和功能整合效率不足等挑戰(zhàn)。針對這些問題，研究團隊通過精確調(diào)控氣凝膠支架的孔徑分布（范圍10–100 μm）與彈性模量（范圍0.1–1.0 kPa），獲得一系列具有不同拓撲結(jié)構(gòu)及力學特性的三維仿生凝膠。研究發(fā)現(xiàn)，孔徑20 μm且模量0.4 kPa的仿生支架適配MNPs存活、軸突定向生長及ChAT+運動神經(jīng)元（MNs）分化，揭示了物理微環(huán)境在干細胞調(diào)控神經(jīng)分化過程中的主導作用。機制研究顯示，仿生材料可通過激活Yes相關(guān)蛋白（YAP）的核轉(zhuǎn)位驅(qū)動MNs分化，而抑制YAP信號則會阻斷該促進作用，進一步證實YAP介導的機械信號感應(yīng)是該仿生體系調(diào)控MNs命運的關(guān)鍵途徑。
該研究證實，仿生凝膠通過微納結(jié)構(gòu)與力學性能的協(xié)同調(diào)控，在脊髓損傷區(qū)域有效招募宿主內(nèi)皮細胞并顯著抑制炎癥級聯(lián)反應(yīng)。通過重塑支持神經(jīng)發(fā)生的微環(huán)境，顯著提高了移植MNP的存活率及功能性MN的定向分化與成熟。此外，仿生凝膠進一步通過促進脊髓組織結(jié)構(gòu)的重建，從而支持局部神經(jīng)環(huán)路的恢復，并最終顯著改善了脊髓損傷小鼠的后肢運動功能。該研究為脊髓損傷修復領(lǐng)域提供了一種結(jié)合仿生材料與細胞治療的協(xié)同新策略。
廣州健康院巫林平研究員和華中科技大學協(xié)和醫(yī)院孫家明教授為該論文的共同通訊作者，侯金飛博士、揭君津博士和張迪博士為共同第一作者。研究項目得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金、廣州市科技重點研發(fā)項目以及廣東省重大人才工程項目等經(jīng)費的支持。
圖1?具有不同多孔結(jié)構(gòu)和力學性能的氣凝膠庫調(diào)控運動神經(jīng)元分化的研究示意圖
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