间充质干细胞与液体界面的动态自适应反馈机制研究
批准号:
22107126
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
贾小芳
依托单位:
学科分类:
化学生物学理论、方法与技术
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
贾小芳
中文摘要
干细胞与细胞外基质界面是一个动态自适应微环境,干细胞重塑细胞外基质的物理性质如刚性和纳米拓扑结构等,这些性质变化进而影响干细胞命运抉择。然而,现有生物材料设计不能充分模拟细胞外基质的动态适应性特征,干细胞与细胞外基质动态自适应力学反馈的具体机制尚不明晰。在前期工作基础上,本项目拟利用耗散型非平衡态自组装策略设计自适应仿生界面,构建基于液液界面自组装的蛋白质单层膜,模拟细胞外基质的自适应机械增强性质,主动平衡细胞内牵引力,进而增强间充质干细胞的力学信号转导。通过明晰间充质干细胞与液液界面自组装蛋白质单层膜的动态自适应反馈过程,揭示单层膜的自适应动态演变的分子机制,阐明基质的自适应动态性质与间充质干细胞的力学响应行为和干细胞命运之间的关系,最终实现间充质干细胞的离体自我更新和干性维持。研究结果不仅为调控干细胞行为和功能提供新的利器,还将为再生医学和组织工程中生物材料设计奠定良好的理论基础。
英文摘要
The interface between stem cell and extracellular matrix (ECM) is a dynamic adaptive microenvironment. Stem cells remodel the biophysical properties of ECM such as stiffness and nanotopological structure, and these biophysical cues further dictate stem cell fate. However, currently available biomaterials cannot emulate the native ECM with the dynamic adaptive characteristics. And it is unclear about the dynamic and mutually adaptive mechanism occurring between stem cell and the ECM. Based on our previous work, the applicant intends to design an adaptive bio-inspired interface using the dissipative non-equilibrium assembly strategy. Self-assembled protein monolayer on a liquid–liquid interface will be constructed, which can emulate the adaptive mechanical enhancement of native ECM. It can adapt to the cell traction force, and further enhance the mechanotransduction signals of mesenchymal stem cells. The applicant will clarify the dynamic and mutually adaptive process occurring between mesenchymal stem cells and liquid interfacially assembled protein monolayers, reveal the molecular mechanism of the adaptive dynamic evolution of protein monolayers, make clear the relationship between adaptive dynamic property of biomaterials and mechano-response behaviors and subsequent fate decisions of mesenchymal stem cells, and finally achieve in vitro self-renewal and stemness retention of mesenchymal stem cells. The results will provide a new tool to regulate stem cell behaviors and function, and lay a solid theoretical foundation for the development of next-generation biomaterials for regenerative medicine and tissue engineering.
干细胞和细胞外基质界面是一个动态自适应微环境,二者之间的自适应力学反馈机制尚不明晰。自然界中液液界面为动态自适应系统提供了一种新的思路。. 本项目构建了溶菌酶蛋白/全氟碳自适应液液界面体系,利用原子力显微镜、红外光谱以及界面流变仪,推理出如下过程:蛋白分子快速吸附在液液界面处,随后发生由α-helix到β-sheet的二级结构转变;局部β-sheet富集形成有序的蛋白低聚体,借助疏水相互作用形成致密的蛋白单分子层。与细胞作用后,荧光标记蛋白纳米薄膜呈现出褶皱与暗区,抑制剂实验证明该过程与细胞牵引力相关。共价交联会降低蛋白薄膜的微观动态适应性。处于高动态适应性液液界面的间充质干细胞表现出较低的细胞力学状态,通过较低的代谢活动维持干性。该工作阐明了液液界面的动态适应性对于间充质干细胞干性维持的重要性,揭示了由低细胞力学和低能量代谢活性介导的细胞干性维持的机制。. 此外,本项目还构建了蛋白纳米纤维自适应液液界面,发现可以通过pH调控界面蛋白的自组装行为及自适应特性。相关力学抑制剂实验证明细胞在该液液界面铺展是基于肌球蛋白的收缩性,Rho相关激酶和肌动蛋白聚合介导的,符合分子离合器模型。与蛋白单层膜相比,界面组装纳米纤维(pH 2)上培养显著上调hMSCs神经元标志物的基因和蛋白表达水平,表明纳米纤维结构可以增强hMSCs的神经元分化。发现MβCD处理降低TUBB3和MAP2的表达水平,同时降低pFAK表达水平,而FAK抑制剂处理显著降低神经元标记物表达,说明hMSCs通过脂筏组装适应液液界面,触发FAK磷酸化,增强神经分化。本工作构建了蛋白纳米纤维自适应液液界面,揭示了脂筏在细胞快速适应动态力学微环境过程中的核心地位。. 研究结果不仅加深了对细胞与细胞外基质动态适应性的力学反馈机制的理解,而且为组织工程生物材料设计提供了一个新的维度,对基于间充质干细胞的临床治疗和组织工程等领域均有重要的意义。
液液界面通过力学信号转导增强间充质干细胞免疫调节功能的机制研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:15.0万元
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批准年份:2024
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负责人:贾小芳
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依托单位:
液液界面协同TNFα影响间充质干细胞免疫调节功能的机制研究
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批准号:22377157
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项目类别:面上项目
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资助金额:50万元
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批准年份:2023
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负责人:贾小芳
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依托单位:
自适应液体界面调控间充质干细胞力学感知及干性维持机制研究
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批准号:--
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项目类别:省市级项目
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资助金额:10.0万元
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批准年份:2022
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负责人:贾小芳
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依托单位:
国内基金
海外基金