by Janice Kal Van Tam, Koichiro Uto, Mitsuhiro Ebara, Stefania Pagliari,Giancarlo Forte and Takao AoyagiSCIENCE AND TECHNOLOGY OF ADVANCED MATERIALS Volume 13 (6)nov 23，2021IF=3.752汇报人：田洁2021年10月29日Mesenchymal stem cell adhesion but not plasticity is affected by high substrate stiffness目录目录研研讨背景背景-组织工程支架工程支架资料料文献文献文献文献讲讲解解解解组织工程支架资料概念： 能与组织活体细胞结合并能植入生物体的资料功能： 为细胞提供获取营养、气体交换、排泄废物和生长发育的场所，也是构成新的具有形状和功能的组织、器官的物质根底。 组织工程支架资料的根本要求组织工程支架资料的根本要求良好的生物相容性良好的生物机械性能适宜的生物降解性良好的可塑性可行的灭菌、消毒方法组织工程支架资料主要包括：1天然可降解高分子资料。如胶原collagen，其本身就是天然骨的组织成分。壳聚糖chitosan，是甲壳素的衍生物。还有明胶、琼脂、葡聚糖、透明质酸。降解产物易被机体吸收，但强度和加工性能较差，降解速度无法调理。2天然可降解无机资料。例如珊瑚是天然动物的骨骼，其中99是磷酸钙。再如，珊瑚羟基磷灰石CHA。它们都具有天然珊瑚的多孔构造，有较好的孔隙率。能和靶细胞很好的黏附，而不影响增殖、分化、成骨。但加工困难。3合成可降解高分子资料。常用的可降解合成高分子资料有聚乙二醇PEG，聚甘油癸二酸酯(PGS)，聚乳酸PLA,聚乙醇酸PGA,PLGA，聚己内酯PCL等。这类资料的降解产物可在体内代谢排除，对机体无害，可塑性较好。4合成可降解无机资料。常用的主要有磷酸钙水泥(CPC)，羟基磷灰石(HA),磷酸三钙(TCP),生物活性陶瓷如生物活性玻璃陶瓷(BCG),细胞外基质陶瓷类资料等。5复合资料。常用的有聚乳酸羟基磷灰石 生物资料外表对细胞的影响：生物资料外表对细胞的影响：生物资料外表能：外表能较高较亲水的外表更有生物资料外表能：外表能较高较亲水的外表更有利于细胞的黏附和铺展。利于细胞的黏附和铺展。生物资料外表的蛋白吸附才干：生理液体中含大量白生物资料外表的蛋白吸附才干：生理液体中含大量白蛋白和少量蛋白和少量ECMsECMs蛋白质纤连蛋白蛋白质纤连蛋白FNFN、玻连蛋白、玻连蛋白VNVN和和层连蛋白层连蛋白LNLN等。等。生物资料外表电荷：在正电荷生物资料外表，细胞的生物资料外表电荷：在正电荷生物资料外表，细胞的黏附呈现延续性。黏附呈现延续性。 生物资料外表的亲水疏程度衡：疏水性外表对蛋白质的吸附才干较强。生物资料外表的拓扑图案构造：细胞根据资料外表的拓扑形貌而取向生长。生物资料外表的生物活性：生物资料外表具有整连蛋白认同的配体是细胞识别并接受生物资料为“自体ECM的关键。 细胞对物理环境的呼应归根结底还是对力学刺激的呼应，细胞对基底硬度的影响过程涉及到细胞内部的integrin和RPTP-( 受体型酪氨酸磷酸酶-)等聚集构成,并与细胞骨架和胞外配基相连,因此它可以随细胞骨架挪动。 基质硬度可以调理细胞骨架张力,并藉此经过整合素调理胞内信号分子的活性。跨膜受体整合素及粘附复合物使细胞、细胞骨架和胞外基质构成一个相互连结的大骨架系统。黏着斑黏着斑focal adhesionfocal adhesion的构造和功能的构造和功能黏着斑是肌动蛋白纤维与细胞外基质之间的衔接方式黏着斑是肌动蛋白纤维与细胞外基质之间的衔接方式感受细胞张力Schematic of cell adhesion(FA桥连桥连ECM和肌动蛋白细胞骨架和肌动蛋白细胞骨架)1、在细胞与基质衔接的早期，悬浮的细胞物理接触基底2、细胞被动接触基底，开场感受基底的硬度3、黏着斑的不成熟方式4、细胞外基质衔接细胞骨架的高分子聚合物 很多锚定蛋白和穿越蛋白参与这个过程分化实验分化实验细胞粘附分析实验细胞粘附分析实验人工基底膜实验人工基底膜实验hMSCshMSCs和和NHDFsNHDFs两种细胞的培育两种细胞的培育不同硬度的不同硬度的PCLPCL薄膜的制备薄膜的制备资料和方法资料和方法免疫荧光染色和显微镜察看免疫荧光染色和显微镜察看0.9、1.5、50、133MPa Structure of mature focal adhesions Cell adhesion rates of (a) hMSCs and (b) NHDFs assessed by AlamarBlue assayhMSCsNHDFs在在PCL和和TCPs上生上生长hMSCs和和NHDFs，在，在3和和8h时用用AlamarBlue检测粘附的粘附的细胞胞结果果阐明：明：hMSCs比比NHDFs对基底硬度有更基底硬度有更高的敏感性。高的敏感性。分析分析缘由：能由：能够归因与两种因与两种细胞胞弹性的不性的不同同,hMSCs是未分化的是未分化的细胞，胞，表表现出多能性；出多能性；NHDFs是分化是分化的的细胞胞,曾曾经失去了失去了弹性。性。实验结果实验结果Human mesenchymal stem cells do not express vinculin protein when grown on a very compliant substratehMSCs在MATRIGELTM上生长8h和24h后染色结论：FA的蛋白黏着斑蛋白、桩蛋白、踝蛋白更易在较硬的基质上构成。Localization and maturation of focal adhesions, actin cytoskeleton in hMSCs and NHDFs cultured on PCLhMSCsNHDFshMSCsHuman mesenchymal stem cell multipotency on PCL films with different stiffnesses成脂分化生骨分化软骨分化结论结论软的生物资料加强软的生物资料加强hMSCshMSCs和和NHDFsNHDFs的粘附的粘附在不同的基底硬度上两种细胞的黏着斑成熟的调理不同在不同的基底硬度上两种细胞的黏着斑成熟的调理不同高的基底硬度不影响高的基底硬度不影响hMSCshMSCs的多能性的多能性未分化的细胞未分化的细胞hMSCs为例，对基底硬度有显著的敏感性为例，对基底硬度有显著的敏感性培育在硬培育在硬ECM后的干细胞的分化才干支持当前的模型后的干细胞的分化才干支持当前的模型Thank You!欢迎各位教师、同窗批判和指正！欢迎各位教师、同窗批判和指正！