可逆剪切应力通过L型Ca2+通道和黏着斑分子调控内皮细胞功能促进血管化的机制研究

本研究针对组织工程中血管网络构建效率低的难题，创新性地探究了触变性水凝胶在仿生循环拉伸下产生的可逆剪切应力对内皮细胞功能的调控机制。通过计算模拟和实验装置定量分析动态力学响应，发现机械刺激通过黏着斑分子（如Talin）和L型电压门控钙通道（VGCC）介导的钙信号通路促进血管生成，皮下植入实验证实触变性水凝胶较传统材料能显著加速血管化。该研究为再生医学中功能性血管构建提供了动态力学调控新策略。

　　

在组织工程与再生医学领域，构建功能性血管网络始终是制约大型组织移植物存活的关键瓶颈。传统静态水凝胶虽能模拟细胞外基质（ECM），却难以响应生理活动中复杂的力学环境。更棘手的是，现有促血管化策略如生长因子递送，往往无法满足移植后组织对快速血运重建的需求。这一困境促使科学家将目光投向具有动态力学响应特性的触变性水凝胶——这种能在机械应力下发生可逆凝胶-溶胶转变的材料，或将成为破解血管化难题的钥匙。

西南交通大学的研究团队在《Biomaterials》发表的最新研究中，基于自主研发的"蛋白质-多酚-多糖"（Gel-TA-SA@Ca²⁺）触变性水凝胶体系，首次揭示了生理性循环拉伸（5%应变，0.5-1.5Hz频率）诱导的可逆剪切应力通过机械敏感离子通道和黏着斑分子调控内皮细胞行为的精确机制。研究采用有限元模拟与定制化实验装置量化动态应力应变，结合RNA测序技术解析分子通路，并通过大鼠皮下植入实验验证促血管化效果。

制备与表征Ca²⁺调控的触变性水凝胶
通过迈克尔加成和氢键作用构建明胶-单宁酸（Gel-TA）网络，引入海藻酸钠（SA）后以低浓度Ca²⁺交联，形成具有可逆动态键的Gel-TA-SA@Ca²⁺水凝胶。流变学测试证实其显著的剪切稀化和自愈合特性，频率扫描显示储能模量（G'）在1Hz机械刺激下提升2.3倍。

机械应力促进内皮细胞功能
仿生拉伸实验表明，1.5Hz频率刺激使内皮细胞迁移速度提高178%，毛细血管样结构形成量增加2.1倍。钙成像技术捕捉到机械刺激引发的胞内Ca²⁺振荡，其幅度与频率呈正相关。

分子机制解析
RNA测序揭示Talin依赖性黏着斑激酶（FAK）磷酸化和L型电压门控钙通道（VGCC）激活是关键通路。使用新霉素（Talin抑制剂）和维拉帕米（VGCC拮抗剂）分别阻断这两条通路后，机械促血管化效应被显著抑制。

体内血管化验证
大鼠皮下植入14天后，触变性水凝胶组微血管密度（CD31⁺）达到非触变性对照组的3.2倍，且新生血管呈现更成熟的管腔结构。

这项研究的意义在于首次建立了触变性水凝胶动态力学特性-细胞机械传感-血管化效率的定量关系。其创新性体现在三方面：一是揭示了生理相关频率机械刺激通过时空耦合的Ca²⁺信号和黏着斑重组协同调控血管生成的机制；二是开发了能精确模拟体内动态力学环境的实验体系；三是为设计新一代智能血管化支架提供了理论框架。该成果不仅推进了组织工程中血管化策略的发展，对理解天然组织（如滑液、肌腱）的力学适应性也具有启示意义。未来通过优化动态交联化学与机械刺激参数，这种"力学编程"的血管化方法有望应用于心肌补片、皮肤再生等临床场景。