丁建東課題組揭示細(xì)胞遷移受材料表面黏附配體納米間距的調(diào)控規(guī)律
細(xì)胞在材料或生物基底表面的遷移在許多生命進(jìn)程以及材料植入后的組織再生等過程中至關(guān)重要。丁建東課題組曾運(yùn)用表面納米圖案化技術(shù)，揭示了基底表面配體的納米間距對(duì)細(xì)胞黏附的影響規(guī)律。最近，課題組運(yùn)用該項(xiàng)技術(shù)，進(jìn)一步研究并闡述了基底表面配體的納米間距對(duì)細(xì)胞遷移的影響，并發(fā)現(xiàn)在中等黏附程度下細(xì)胞的遷移得到顯著提升。
通過運(yùn)用嵌段共聚物膠束自組裝納米刻蝕技術(shù)獲得金的點(diǎn)陣，然后鍵接精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）多肽（圖1），丁建東課題組制備了系列RGD納米陣列。該圖案化表面可實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)胞表面整合素及其間距在納米級(jí)別的調(diào)控，以揭示材料表面配體的納米間距對(duì)細(xì)胞黏附和遷移的影響。
圖1 納米陣列的圖案化材料 (上方為一個(gè)典型的原子力顯微鏡圖片，下方為系列的場發(fā)射掃描電子顯微鏡圖片)
丁建東課題組運(yùn)用此技術(shù)探索了人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）在31-125 nm納米間距的表面上黏附和遷移行為。在證實(shí)細(xì)胞的黏附隨著納米間距的增大而單調(diào)變?nèi)醯耐瑫r(shí)，發(fā)現(xiàn)細(xì)胞的遷移速率呈現(xiàn)一個(gè)先增強(qiáng)后減弱的非單調(diào)趨勢，并在91nm組時(shí)達(dá)到最大值、且顯著高于沒有任何納米修飾的表面。無論是單細(xì)胞遷移還是群體遷移都顯示了相似的規(guī)律（圖2）。
圖2 細(xì)胞在RGD納米圖案化表面的遷移： (A) 單個(gè)細(xì)胞在91nm間距表面的12小時(shí)的活細(xì)胞遷移情況；(B) 與不同納米間距相應(yīng)的單細(xì)胞遷移軌跡； (C) 運(yùn)用模型統(tǒng)計(jì)細(xì)胞遷移速率； (D) 使用劃痕實(shí)驗(yàn)考察細(xì)胞在不同RGD納米間距下的集體遷移情況； (E) 對(duì)劃痕中的細(xì)胞數(shù)目作統(tǒng)計(jì)；(F)對(duì)中位細(xì)胞的遷移速率作統(tǒng)計(jì)，以此來表征細(xì)胞在不同配體納米間距下的群體遷移的速率。
丁建東課題組還運(yùn)用了RT-PCR、G-LISA、Western blot等基因和蛋白質(zhì)表達(dá)的檢測從分子水平探索造成這種遷移速率差異的原因（圖3）。結(jié)果表明，隨著納米間距的增大，與細(xì)胞骨架中的張力絲動(dòng)態(tài)變化速率相關(guān)的基因及對(duì)應(yīng)的蛋白Cdc42、Rac1、RhoA的表達(dá)呈現(xiàn)出先升高、再降低的趨勢，并與細(xì)胞遷移的速率變化相一致。這說明了配體納米間距調(diào)控了細(xì)胞骨架中的張力絲的動(dòng)態(tài)變化速率。
圖3 與張力絲動(dòng)態(tài)變化相關(guān)的基因的RT-PCR和G-LISA表征結(jié)果
該基礎(chǔ)研究表明，細(xì)胞的遷移與黏附既有一定聯(lián)系，也遵循不同的規(guī)律；合適的表面納米修飾可導(dǎo)致細(xì)胞遷移顯著快于或者慢于未進(jìn)行納米修飾的表面。這些發(fā)現(xiàn)對(duì)今后如何設(shè)計(jì)生物材料表面使其加快或抑制細(xì)胞遷移具有一定的指導(dǎo)意義。
以上相關(guān)成果發(fā)表在Biomaterials上。Qiong Liu#, Shuang Zheng#, Kai Ye, Junhao He, Yang Shen, Shuquan Cui, Jiale Huang, Yexin Gu, Jiandong Ding*, Cell migration regulated by RGD nanospacing and enhanced under moderate cell adhesion on biomaterials, Biomaterials 263, art. No. 120327 (2020)。論文的共同第一作者是復(fù)旦大學(xué)高分子科學(xué)系、聚合物分子工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士后劉瓊博士、博士生鄭爽，通訊作者為該國重主任丁建東教授。
論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220305731
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