基于PAMAM树枝状大分子的肽缀合表面促进人多能干细胞向心肌细胞和视网膜色素上皮细胞增殖分化的研究

为解决传统培养体系依赖高浓度肽溶液(>1000 μg/mL)和异源物质的问题，研究人员开发了基于PAMAM树枝状大分子的肽缀合表面(PAMAM-PVAI水凝胶)，仅需50 μg/mL低浓度肽即可实现hPSCs长期培养(>10代)并维持多能性，成功分化为治疗心肌梗死和视网膜色素变性的功能细胞，为再生医学提供了完全合成、无异源污染的培养平台。

　　

研究背景

人多能干细胞(hPSCs)在再生医学中具有广阔前景，但传统培养依赖Matrigel等含异源物质的基质，存在安全风险和批次差异。虽然合成肽修饰表面可替代Matrigel，但所需肽浓度高达1000 μg/mL以上，远超ECM蛋白涂层浓度(5-10 μg/mL)。这一瓶颈源于肽分子在二维表面的分散性，导致与hPSCs表面整合素受体(如αVβ5、α6β1)结合效率低下。

研究设计与方法

温州医科大学眼视光学院的研究团队创新性地将层粘连蛋白β4链衍生肽(CLB1GK)通过迈克尔加成反应缀合到第三代PAMAM树枝状大分子(G3 PAMAM)表面，构建三维高密度肽展示系统(PAMAM-PVAI水凝胶)。关键技术包括：1) 优化PEG4-SPDP交联剂浓度实现高效缀合；2) 使用50 μg/mL低浓度肽溶液(相当于ECM蛋白涂层浓度)；3) 通过免疫荧光和流式细胞术验证hPSCs多能性标志物(OCT4、SOX2)；4) 定向分化为心肌细胞(α-actinin⁺
)和视网膜色素上皮细胞(RPE65⁺
)。

研究结果

肽缀合PAMAM-PVAI水凝胶的设计
通过PAMAM树枝状大分子的32个末端氨基实现肽的三维高密度固定，表面zeta电位测定显示成功缀合，原子力显微镜证实纳米级球形结构(直径约5 nm)。

hiPSCs的长期培养与多能性维持
在50 μg/mL肽浓度下，hiPSCs可稳定增殖超过10代，碱性磷酸酶活性检测和畸胎瘤实验证实其保持三胚层分化潜能，qPCR显示多能性基因表达与Matrigel组无显著差异(p>0.05)。

定向分化能力
心肌分化21天后出现自发性搏动，流式检测显示α-actinin⁺
细胞占比达85%；视网膜分化获得RPE65⁺
细胞，吞噬功能实验证实其可清除光感受器外节段。

结论与意义

该研究首次证明PAMAM树枝状大分子可通过三维空间高密度展示肽，将所需肽浓度降低至ECM蛋白水平(50 μg/mL)，解决了合成培养体系的浓度瓶颈。其重要意义在于：1) 为心肌梗死和视网膜色素变性提供无异源污染的细胞来源；2) 树枝状大分子技术可拓展至其他干细胞培养体系；3) 为器官芯片和疾病模型构建提供新平台。论文发表于《Biomaterials》，为再生医学材料设计提供了范式转变。