仿生儿茶酚修饰聚丙烯腈纳米纤维支架促进功能性唾液腺类器官的体外构建与再生

为解决唾液腺功能障碍的临床难题，研究人员开发了一种仿生儿茶酚修饰聚丙烯腈（PAN-C）纳米纤维支架，通过自发吸附胚胎间充质来源的细胞外基质（ECM）和生长因子，成功模拟唾液腺发育微环境。该支架显著促进胚胎唾液腺（eSG）类器官的增殖、形态发生和功能性分化，尤其提升水通道蛋白5（AQP5）阳性腺泡细胞比例，为唾液腺再生医学提供了经济高效的新策略。

　　

唾液腺功能障碍（如口干症）严重影响患者生活质量，现有疗法仅能缓解症状，无法实现组织再生。唾液腺结构复杂，包含腺泡、导管、肌上皮等多种细胞，其功能依赖于精确的微环境调控。体外重建这一器官面临巨大挑战：如何模拟胚胎发育过程中的细胞互作、力学信号和生化因子协同作用？传统材料如聚碳酸酯（PC）膜虽常用但功能有限，而天然基质（如Matrigel）成本高且机械稳定性差。针对这些问题，首尔国立大学的研究团队设计了一种革命性的仿生支架——儿茶酚修饰聚丙烯腈（PAN-C）纳米纤维，相关成果发表于《BIOMATERIALS RESEARCH》。

研究团队采用自由基聚合法合成PAN-C，通过电纺技术制备纳米纤维支架，并系统表征其理化性质（如接触角、杨氏模量）。利用胚胎13.5天小鼠颌下腺（eSMG）进行体外器官培养，结合转录组测序（RNA-seq）和免疫荧光分析，评估支架对分支形态发生、细胞增殖和腺泡分化的影响。关键实验还包括蛋白质吸附检测（层粘连蛋白-111和FGF-2）、机械应力响应基因（如Cyr61）分析，以及类器官极性评估。

结果部分：
1. PAN-C的制备与表征
PAN-C纳米纤维直径与未修饰PAN无显著差异（~500 nm），杨氏模量均为约180-200 kPa。儿茶酚基团通过¹H-NMR和紫外光谱验证，其氧化态可高效吸附蛋白质。

2. PAN-C显著提升生物相容性
与PAN相比，PAN-C培养的eSMG分支数增加70%，Ki67阳性增殖细胞恢复至PC膜水平，且神经支配（TUJ1标记）和导管腔形成（PLA标记）完全正常化。

3. PAN-C缓解机械应力抑制
转录组分析显示，PAN组机械应力相关基因（如Acta1、Cyr61）上调，而PAN-C组细胞周期（Ccnd1）和上皮增殖（Sox9、Kit）基因显著激活。IPA通路分析证实YAP/TNF信号抑制。

4. PAN-C高效吸附ECM与生长因子
层粘连蛋白-111和FGF-2在PAN-C上的吸附量较PC膜提高3倍，形成长效微环境，即使间充质细胞退化后仍支持类器官发育。

5. PAN-C促进功能性腺泡分化
类器官培养48小时后，PAN-C组AQP5⁺细胞比例较PC组提高2.3倍，且蛋白极性定位于腺泡腔面，预示分泌功能成熟。

讨论与意义
该研究首次证明合成高分子材料可通过仿生修饰实现“自教育”功能——PAN-C支架动态吸附微环境因子，克服了传统材料刚度高（~200 kPa）与生物活性不足的矛盾。其创新性体现在三方面：一是儿茶酚介导的ECM/生长因子富集机制，替代昂贵的外源添加；二是通过抑制YAP机械转导通路，维持上皮祖细胞干性；三是为iPSC来源唾液腺类器官的规模化生产提供稳定平台。

临床转化潜力显著：PAN-C的工业化电纺工艺成熟，成本仅为天然基质的1/10。未来可拓展至其他分支器官（如肺、肾）的再生研究。局限性在于长期植入的生物降解性需进一步优化，但作为体外培养平台已展现出颠覆性优势——让合成材料“学会”模拟生命系统的动态复杂性，为再生医学材料设计树立了新范式。