Science Adv|黄兴禄/孔德领合作利用材料技术人造3D低氧干细胞促缺血组织血管化

发布者:吝春红作者:发布时间:2020-06-10浏览次数:291

血管的狭窄或堵塞易引起缺血性组织坏死或病变,临床表现为心肌梗死、糖尿病足等疾病。促血管化是治疗缺血性疾病的根本,移植间充质干细胞在缺血性疾病上已展现出比较好的疗效其主要机制是它们能够旁分泌细胞因子促缺血组织的血管化等而细胞治疗目前存在一些瓶颈性难题,如全身递送靶向效率低、不易保存和运输、移植后细胞存活率低等。近年来,通过材料技术仿生再造干细胞弥补以上不足成为可能,但无法根本上模拟干细胞移植后形成的三维(3D)结构所诱发的一系列效应。

近日,南开大学黄兴禄课题组和孔德领课题组合作在Science Advances杂志上发表题目为Particle-based artificial three-dimensional stem cell spheroids for revascularization of ischemic diseases的文章。该研究创新性的利用材料技术人为重构了3D干细胞,这种人造3D干细胞(artificial stem cell spheroid, ASSP)展现出低氧细胞特性即通过HIF-1α作为重要上游转录因子调控血管再生所需多种细胞因子,像VEGF等。研究者们还根据实际需要重建了不同尺寸和不同细胞来源的杂合细胞,弥补细胞自身存在多种缺陷

该研究首先诱导细胞聚集生长形成了粒径约为100 μm左右的干细胞球(stem cell spheroid, SSP),该SSP与普通培养干细胞比较,能显著上调HIF-1α的表达,也能促血管再生细胞因子的分泌。体外也证实这种3D干细胞分泌物含有多种细胞因子(cocktail factor, 3D-CF)能显著促内皮细胞的迁移和成管,为血管网络的重建提供了基础

研究者们通过在PLGA颗粒中负载3D-CF表面包覆SSP细胞膜人造微米尺度(micro-size)的干细胞(ASSP-MP),局部注射到缺血下肢模型,可以长期滞留在病灶部位,处理后显著提高缺血下肢生血管的数量血液灌流率。

此外,为满足静脉注射的需求,研究者们还制备了纳米尺度(nano-size)的人造干细胞(ASSP-NP),并在表面包被了红细胞膜和血小板膜,来分别提高血循环时间和靶向组织缺血部位,静脉注射心肌梗死模型鼠后,ASSP-NP可以靶向到小鼠心梗部位,诱发血管再生来有效缓解心梗导致的组织坏死。

该研究瞄准再生医学领域中细胞治疗存在的瓶颈性问题,通过多学科交叉的方式,根据实际需求,巧妙的通过材料技术设计并再造多种干细胞杂合体,打破细胞之间的界限,并利用低氧促血管再生机制重建缺血组织血管网络,不仅为缺血性疾病的治疗提供了新思路,还运用合成生物学思维为再生医学和材料科学架起了一座桥梁。 

原文链接:https://advances.sciencemag.org/content/6/19/eaaz8011