晶体地形结构：内源性凹槽作为骨骼再生过程中干细胞调控的物理信号

《Journal of Nanobiotechnology》：Crystalline topographical construction: endogenous grooves as physical cues for stem cell regulation in bone regeneration

　　

摘要

微/纳米形貌线索是调控细胞行为和功能的强大因素。然而，传统的制造技术（例如光刻、纳米压印）依赖于复杂的外源处理过程，这往往会导致表面能量损失并降低生物信号传导效率。在本文中，我们报道了一种可控的内源性形貌构建策略，该策略利用聚（乳酸-羟基乙酸-ε-己内酯）（PLGCL）中的应变诱导晶体相变来自发地工程化表面形貌。我们证明了在特定尺寸范围内通过拉伸诱导的晶体转变生成的各向异性微槽对骨髓基质细胞（BMSC）的成骨分化具有决定性影响。机制上，我们确定了最佳的形貌窗口：在该窗口中，微槽尺寸通过接触引导促进整合素聚集，进而驱动焦点粘附成熟、肌动蛋白收缩、RhoA/ROCK通路的激活以及YAP蛋白向细胞核的转移。这一系列过程提高了BMSC的成骨分化效率。值得注意的是，这种工程化的形貌在干细胞群体中引起了异质性：早期由SDF-1α介导的招募与中期到晚期的微槽介导的成骨分化相互协同；而依赖于表面曲率/方向的机械信号则导致分化程度的差异，从而有助于干细胞的调控和骨骼修复。同时，薄膜在早期快速释放SDF-1α，有效地将内源性BMSC招募到损伤部位，补充修复所需的干细胞池。在大鼠颅骨缺损模型中，经过SDF-1α功能化的薄膜表现出更优异的再生效果。总体而言，这项工作建立了一种内源性形貌构建范式，其中拉伸诱导的微槽作为物理机械线索指导干细胞分化。结合化学线索，这一策略实现了精确的无细胞治疗修复，为设计再生材料提供了新的视角。

图形摘要

微/纳米形貌线索是调控细胞行为和功能的强大因素。然而，传统的制造技术（例如光刻、纳米压印）依赖于复杂的外源处理过程，这往往会导致表面能量损失并降低生物信号传导效率。在本文中，我们报道了一种可控的内源性形貌构建策略，该策略利用聚（乳酸-羟基乙酸-ε-己内酯）（PLGCL）中的应变诱导晶体相变来自发地工程化表面形貌。我们证明了在特定尺寸范围内通过拉伸诱导的晶体转变生成的各向异性微槽对骨髓基质细胞（BMSC）的成骨分化具有决定性影响。机制上，我们确定了最佳的形貌窗口：在该窗口中，微槽尺寸通过接触引导促进整合素聚集，进而驱动焦点粘附成熟、肌动蛋白收缩、RhoA/ROCK通路的激活以及YAP蛋白向细胞核的转移。这一系列过程提高了BMSC的成骨分化效率。值得注意的是，这种工程化的形貌在干细胞群体中引起了异质性：早期由SDF-1α介导的招募与中期到晚期的微槽介导的成骨分化相互协同；而依赖于表面曲率/方向的机械信号则导致分化程度的差异，从而有助于干细胞的调控和骨骼修复。同时，薄膜在早期快速释放SDF-1α，有效地将内源性BMSC招募到损伤部位，补充修复所需的干细胞池。在大鼠颅骨缺损模型中，经过SDF-1α功能化的薄膜表现出更优异的再生效果。总体而言，这项工作建立了一种内源性形貌构建范式，其中拉伸诱导的微槽作为物理机械线索指导干细胞分化。结合化学线索，这一策略实现了精确的无细胞治疗修复，为设计再生材料提供了新的视角。

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