海绵样收缩凝胶能启动牙齿和组织形成

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海绵样收缩凝胶能启动牙齿和组织形成

2014-03-12
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: T0 i4 D# |; G7 j" g) |6 e  i来源：生命科学研究快报6 y+ h( ~7 c! I! Z/ [
作者：游文娟

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研究人员长期以来都在试图开发一种能模拟胚胎诱导力的合成材料。近日，哈佛大学和波士顿儿童医院的研究人员开发了一种能帮助机体修复甚至替换损伤组织（例如牙齿和骨头）的合成材料。这一材料具有收缩能力，并与机体组织具有亲和力。因而，将包含间充质细胞的该材料植入机体，能在机体所需修复位置收缩，促使间充质细胞浓缩并发挥诱导细胞分化作用。该研究成果于2月18日在线发表在《先进材料》（Advanced Materials）期刊上。

胚胎组织具有启动细胞或组织定向分化和形成器官的能力。研究人员常借助生物分子又叫生长因子来刺激细胞或组织生长，基因激活化学物质促使细胞或组织分化，利用机械力调控细胞对其他因子的响应。目前为止，研究人员想要在实验室中构建器官依赖两种策略，生长因子和基因激活化学物，然而还未成功制造出复杂的三维组织。几年前，波士顿儿童医院和哈佛医学院的研究人员研究发现胚胎间充质干细胞凝结物能促使形成多种器官，包括牙齿、软骨、骨头、肌肉、肌腱和肾。研究人员检查从胚胎小鼠的咽部分离的组织发现，当间充质干细胞被挤压时将激活基因并形成牙齿成分，包括牙实质和牙釉质。在干细胞诱导机制的启发下，研究人员着手制造一种组织亲和材料来帮助形成人工牙齿。研究人员想到了一种具有渗透力的海绵样凝胶物，这一物质能够浸透间充质细胞，一旦将这一物质植入体内，将诱导其中的收缩，进而发挥胚胎间充质干细胞凝结物的功能。

为了开发这一材料，研究人员通过化学修饰一种特殊的凝胶形成物——PNIPAAm，这一物质常被用来递送药物。这种胶状物具有一种非常规的功能：当温度升高时，会突然收缩。经过一年多的改进，研究人员修饰PNIPAAm并测试这一材料，最终开发了一种组织友好的胶状物并具有两个特点，细胞能粘在里面，而且当达到体温的温度水平，这种材料还能收缩。研究人员测试结果发现，在37°时，这一凝胶15分钟内收缩，里面的细胞聚集并浓缩，紧紧地挤在一起。为了监测这一收缩凝胶能否继续在体内发挥作用，研究人员将这一凝胶植入小鼠肾胶囊的下方，这些细胞表达了牙齿形成基因，正如机体间充质细胞形成牙齿的过程。

间充质干细胞凝结物有两个相邻层，松散包装在组织连接细胞的间质和称之为上皮细胞薄壁组织。在胚胎中，间充质细胞不能单独构建牙齿，他们需要联合那些形成上皮的细胞一起工作。今后，研究人员计划测试这一可收缩凝胶是否能刺激这两层组织一起工作进而形成具有完整功能的牙齿。另外，研究人员也表示还存在其他问题，当温度低的时候，细胞存活，一旦发生以上过程，细胞活性下降甚至死亡。

原文检索：

Basma Hashmi, Lauren D. Zarzar, Tadanori Mammoto, Akiko Mammoto, Amanda Jiang, Joanna Aizenberg, Donald E. Ingber.Developmentally-Inspired Shrink-Wrap Polymers for Mechanical Induction of Tissue Differentiation. Advanced Materials, 18 FEB 2014; DOI:
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