在生物體中，細胞的行為與命運跟細胞表面受體與細胞外基質(zhì)中具有生物活性的配體相互作用有非常緊密的聯(lián)系。這種細胞與配體的識別可以誘導(dǎo)細胞的黏附，進而動態(tài)調(diào)節(jié)細胞對細胞基質(zhì)中信號的感知。細胞外基質(zhì)中最廣泛用于調(diào)節(jié)細胞黏附行為的配體RGD短肽，可以與細胞膜上的整合素動態(tài)結(jié)合，激活細胞內(nèi)經(jīng)典的細胞通路，實現(xiàn)對細胞行為與分化的調(diào)節(jié)。此外，邊教授課題組最近發(fā)現(xiàn)并且報道了一種新型的Foxy5短肽，可以模擬Wnt5a 增強人骨髓間充質(zhì)干細胞成骨分化（Li et al.,?Science. Advances.?2019; 5 : eaaw3896）。通過細致的研究，我們證實了Foxy5可以通過非經(jīng)典細胞通路增強人骨髓間中質(zhì)干細胞的力學(xué)傳導(dǎo)并誘使其成骨分化。在本研究中，作者將兩種調(diào)控配體修飾于同一仿生單鏈高分子納米膠中，通過動態(tài)調(diào)控單鏈納米膠的構(gòu)象變化，進一步證明了非經(jīng)典細胞通路的激活可以進一步與傳統(tǒng)的細胞通路的激活相結(jié)合，實現(xiàn)對人骨髓間中質(zhì)干細胞行為與分化與動態(tài)協(xié)同調(diào)控。這一基于仿生單鏈納米凝膠的材料設(shè)計方法，未來有望應(yīng)用于更多不同的配體體系，來研究多種配體共同作用下的細胞行為。這項研究最近以Biomimetic Presentation of Cryptic Ligands via Single-Chain Nanogels for Synergistic Regulation of Stem Cells 為題發(fā)表于ACS Nano?(https://doi.org/10.1021/acsnano.9b08564)。
1. 仿生單鏈納米凝膠的設(shè)計與制備：
首先，研究者基于前期對可控的可逆加成-斷裂鏈轉(zhuǎn)移聚合（RFAT）的過程與機理研究，成功制備了具有兩種生物配體的單鏈納米凝膠。并且通過共聚合一種活性配體在折疊的單鏈凝膠內(nèi)，實現(xiàn)對其暫時性的隱藏。這種隱藏配體可以在特定時間通過外界刺激而選擇性表達，進而實現(xiàn)對干細胞行為與分化的多配體協(xié)同作用與調(diào)控。
2. 仿生單鏈納米凝膠對干細胞行為與分化的調(diào)控：
具有隱藏配體結(jié)構(gòu)的單鏈納米結(jié)構(gòu)保證了雙重配體受限于較短的變化距離，可以更準(zhǔn)確和高效的作用于單一受體細胞。為了研究多種配體表達對干細胞的影響與調(diào)節(jié)效率，研究者首先將細胞培養(yǎng)于修飾了仿生單鏈納米凝膠的玻璃板上，在特定時間刺激一部分材料進行雙配體協(xié)同表達，通過觀察干細胞的形態(tài)與分化表達的變化，證實了仿生單鏈納米凝膠可以通過多配體協(xié)同作用實現(xiàn)高效調(diào)控干細胞的行與分化。
此研究工作中報道的動態(tài)單鏈納米凝膠展現(xiàn)出來對天然細胞外基質(zhì)多級刺激結(jié)構(gòu)的初步模擬，為研究細胞與外基質(zhì)相互作用機制提供了更為靈活的平臺。這一平臺未來有望應(yīng)用于對癌細胞，免疫細胞等更多種細胞與多配體表達調(diào)控的研究，為生物醫(yī)學(xué)工作者研究細胞與信號作用機理和應(yīng)用提供更精密有利的工具。
該研究工作由香港中文大學(xué)，瑞士聯(lián)邦材料科學(xué)與技術(shù)研究院，英國曼徹斯特大學(xué)，中山大學(xué)合作完成。香港中文大學(xué)博士生陳霄宇，勵晉謙，和瑞士材料科學(xué)與技術(shù)研究院韋孔昌研究員為論文共同第一作者。曼徹斯特大學(xué)LI Jiashen 教授和中山大學(xué)帥心濤教授等為論文共同作者，香港中文大學(xué)邊黎明教授為論文通訊作者。
邊教授近期相關(guān)學(xué)術(shù)論文：
1. Li, R; et al.; *Bian, L. Synthetic presentation of noncanonical Wnt5a motif promotes mechanosensing-dependent differentiation of stem cells and regeneration. Science Advances, 2019, 5: eaaw3896.
2. Zhou, H.; Liang, C.; Wei, Z.; Bai, Y.; Bhaduri, S.B; Webster, T. J.; *Bian, L.; *Yang, L. Injectable biomaterials for translational medicine. Materials Today, in press.
3. Chen, X.; et al.; *Bian, L. Conformational manipulation of scale-up prepared single chain polymeric nanogels for multiscale regulation of cells. Nature Communications, 2019, volume 10, Article number: 2075.
4.?+Feng, Q.; +Xu, J.; et al.; *Qin, L; *Bian, L. Dynamic and cell-infiltratable hydrogels as injectable carrier of therapeutic cells and drugs for treating challenging bone defects. ACS Central Science, 2019, 5 (3), pp 440–450.
5. +Kang, H.; +Wong, S.H.D.; et al.; Li, G.; *Bian, L. Anisotropic ligand nanogeometry modulates the adhesion and polarization state of macrophages. Nano Letters, 2019 Mar 13;19(3):1963-1975.
6. +Wong, S.H.D.; +Yin, B.; et al.; Li, G.; *Choi, C. H.; *Bian, L. Anisotropic nanoscale presentation of cell adhesion ligand enhances the recruitment of diverse integrins in adhesion structures and mechanosensing-dependent differentiation of stem cells. Advanced Functional Materials, Volume 29, Issue 8, 2019, adfm.201806822.
7. +Kang, H.; +Yang, B.; et al.; Li, G.; *Bian, L. Immunoregulation of macrophages by dynamic ligand presentation via ligand-cation coordination. Nature Communications, 2019, volume 10, Article number: 1696.
8. +Kang, H.; +Zhang, K.; et al.; Dravid, V.; *Bian, L. In situ reversible heterodimeric nanoswitch controlled by metal ion-ligand coordination regulates the adhesion, release, and differentiation of stem cells. Advanced Materials, 2018 Nov; 30(44), adma.201803591.
9. +Zhang, K.; +Yuan, W.; et al.; *Zhang, Z.; *Bian, L. Highly dynamic nanocomposite hydrogels self-assembled by metal ion-ligand coordination, Small, 2019, smll.201900242.
10. +Zhang, K.; +Jia, Z.; et al.; *Wang, D.; *Bian, L. Adaptable hydrogels mediate cofactor-assisted activation of biomarker-responsive drug delivery via positive feedback for enhanced tissue regeneration. Advanced Science, 2018 Dec; 5(12): 1800875.
