近日，南开大学生命科学学院、药物化学生物学国家重点实验室孔德领教授团队于《Nature communications》(IF: 11.878) 在线发表了题为 “In vivo engineered extracellular matrix scaffolds with instructive niches for oriented tissue regeneration”的研究论文。这项研究是利用皮下微环境构建了一种具有取向微通道孔结构的细胞外基质支架材料，利用该材料在体内能够有效促进取向组织肌肉，外周神经和血管的原位再生修复（图1）。
图1. 取向微通道细胞外基质支架材料构建及引导取向组织原位再生示意图。
诱导性生物材料植入体内后可以促进宿主细胞的募集和分化，从而增强内源性组织再生与修复。人工合成材料的惰性限制了其在临床上的广泛应用。来源于体外细胞培养或天然组织脱细胞的细胞外基质材料具有良好的生物相容性，能够促进组织建构性重塑，但由于缺乏梯度孔结构，不能为细胞快速定向迁移和排布提供线索，限制其引导组织形态和功能上整合与再生。在这项研究中，将膜状或管状聚合物取向微米模板植入到宿主皮下组织培养一定时间后，经过模板沥滤和脱细胞处理后，获得具有取向微通道结构的膜状和管状材料。该材料在体外能够促进细胞迁移、存活和取向排布，并能够上调取向组织特异性功能基因的表达，在体内能够增加对巨噬细胞的募集和表型调控。将该材料植入到三种组织缺损模型可以实现组织拟天然再生包括：新生肌肉的血管化和神经化、新生外周神经的血管化和新生动脉的功能恢复（图2）。
图 2. 具有取向微通道膜状细胞外基质材料促进肌肉再生。
将取向微通道膜材料植入到大鼠胫前肌缺损模型后，在一个月时, 材料诱导的新生肌肉组织能够将缺损部位长满，而在没有微通道的对照材料中，缺损部位依然明显（图2b, c）。组织学和免疫荧光染色显示取向微通道支架材料能够显著促进肌纤维再生，同时也增强了血管和神经纤维的长入（图2d-k）。
图 3. 具有取向微通道管状细胞外基质材料促进外周神经再生。
将管状取向微通道材料植入到大鼠坐骨神经缺损模型中，在3个月时，与没有取向微通道的管状材料相比，取向微通道孔结构能够显著促进神经纤维生长和血管新生（图3 a-g）。
图 4. 具有圆周取向微通道管状细胞外基质材料促进血管再生。
将具有圆周取向微通道的血管材料植入到大鼠腹主动脉缺损模型后，该血管材料能够引导血管平滑肌取向再生和细胞外基质取向沉积，新生血管力学与天然血管无显著差异，同时具有与天然血管类似的收缩和舒张功能（图4a-k）。而对照组血管材料多数发生动脉瘤。
另外，孔德领教授团队之前于9月12日，在《Biomaterials》(IF: 10.273)杂志在线发表了题为“Subcutaneously engineered autologous extracellular matrix scaffolds with aligned microchannels for enhanced tendon regeneration”的研究论文。该研究是同样利用皮下微环境构建了一种具有取向微通道孔的细胞外基质支架材料，该材料体内能够有效促进跟腱的原位再生修复（图5）。
图 5. 具有取向微通道管状细胞外基质材料促进跟腱再生。
将取向微通道细胞外基质材料植入大鼠跟腱缺损后，在3个月时，跟腱功能恢复至术前水平，同时新生跟腱力学与天然跟腱无显著性差异。而天然的脱细胞跟腱结构致密，呈现病理性重塑，出现明显钙化。
这些组织缺损再生模型充分体现取向微通道细胞外基质材料的原位诱导功能和适用广泛性。这一策略构建的诱导性生物材料，有望用于进一步用于大动物实验和临床应用，也为组织再生支架材料设计和构建提供了新思路。
在《Biomaterials》(IF: 10.273)杂志 “Subcutaneously engineered autologous extracellular matrix scaffolds with aligned microchannels for enhanced tendon regeneration” 论文中南开大学生命科学学院博士生李雯为第一作者，孔德领教授和南开大学药物化学生物学国家重点实验室博士后朱美峰为本论文的共同通讯作者。
论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961219305873
在《Nature communications》(IF: 11.878)杂志 “In vivo engineered extracellular matrix scaffolds with instructive niches for oriented tissue regeneration”论文中，南开大学药物化学生物学国家重点实验室博士后朱美峰为论文第一作者，南开大学生命学院孔德领教授、王恺副教授和史蒂文斯理工学院王红军教授为本论文的共同通讯作者。
论文全文：
两项研究得到了国家重点研究开发计划（2017YFC113500），创新研究群体项目（81921004），
国家自然科学基金项目（81972063, 81530059, 81772000，81601625），国家自然科学基金国际青年科学基金（81850410552），天津科技支撑计划（16YFZCSY01020），和中国博士后科学基金（2016M590197）的支持。
