【材料】仿生支架材料负载重组蛋白Periostin功能性再生修复肌腱组织- 大数跨境

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2021-03-25

导读：北京大学口腔医院刘燕研究团队通过自组装的仿生支架材料搭载重组Periostin蛋白，激活了肌腱干/祖细胞的干性和肌腱向分化能力，实现了肌腱缺损结构和功能的良好修复

肌腱广泛分布在头颈颌面、四肢等部位，连接骨骼和肌肉，由有序胶原纤维组成，其结构和功能的稳定对维持骨骼肌运动系统的稳态至关重要。创伤、剧烈运动、慢性炎症或肿瘤等原因造成的肌腱损伤或缺损在生理状态下难以再生修复。组织工程利用支架材料、种子细胞及生物活性因子为肌腱损伤或缺损的治疗开辟了广阔的前景。然而，现有支架材料尚不能完全模拟肌腱的微纳拓扑结构和提供促宿主细胞分化的仿生微环境，并且肌腱干/祖细胞体外培养过程中容易丢失表型，丧失自我更新和分化能力，导致组织工程肌腱再生修复效果不佳。近日，北京大学口腔医院刘燕研究团队通过自组装的仿生支架材料搭载重组Periostin蛋白，激活了肌腱干/祖细胞的干性和肌腱向分化能力，实现了肌腱缺损结构和功能的良好修复，提示使用关键性的生物活性因子结合生物材料促进肌腱内源性再生修复的巨大潜力。

如何有效激活肌腱组织内源性再生修复能力是实现肌腱缺损良好修复的关键。新生阶段肌腱的愈合能力显著优于成年阶段，然而尚未有研究剖析这一生物现象并运用于肌腱组织工程再生领域。北京大学口腔医院刘燕研究团队基于这一关键性的线索，首先通过比较新生阶段和成年阶段肌腱组织转录组表达差异，成功筛选出编码细胞外基质蛋白的基因Periostin，并发现Periostin的表达与干性基因Sox2、Oct4可能存在关联。体外通过二维和三维细胞培养的方法证明了Periostin可以维持肌腱干/祖细胞的干性和肌腱向分化能力，延缓细胞传代性衰老。团队进一步基于多年在自组装仿生材料领域的研究基础，采用热动力学控制的动态弥散的自组装策略，构建天然肌腱样平行结构的支架材料—ACF（Aligned collagen fibrils），体内搭载重组Periostin蛋白成功实现肌腱缺损的结构和功能性的良好修复。本研究创新性地利用肌腱生长发育转录图谱特征筛选一种新的用于促进肌腱再生的基质蛋白Periostin，通过自组装方式制备了一种新的肌腱再生修复的仿生支架材料，两者的结合成功实现了内源性肌腱再生修复。该研究为肌腱结构与功能的协同修复提供了一种简单有效且易于转化的治疗策略，为组织工程与再生医学提供新视角。

本研究在国家自然科学基金和北京市自然科学基金的资助下完成，成果以发表于国际权威期刊《自然•通讯》（Nature Communications）。该工作入选Editors’ Highlights, 被Nature Communications杂志作为同期亮点评述。北京大学口腔医院刘燕研究员/副主任医师/副教授为该文章的通讯作者，博士生王禹为第一作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：

Functional regeneration and repair of tendons using biomimetic scaffolds loaded with recombinant periostin

Yu Wang, Shanshan Jin, Dan Luo, Danqing He, Chunyan Shi, Lisha Zhu, Bo Guan, Zixin Li, Ting Zhang, Yanheng Zhou, Cun-Yu Wang, Yan Liu

Nat. Commun., 2021, 12, 1293, DOI: 10.1038/s41467-021-21545-1

作者简介

刘燕，研究员/副主任医师/副教授，博士生导师，国家青年拔尖人才，科技部中青年科技创新领军人才，北京市科技新星；长期致力于纳米材料及组织工程的研究，团队在《自然通讯》（Nature Communications）、《先进材料》（Advanced Materials）、《先进科学》（Advanced Science）、《先进功能材料》（Advanced Functional Materials）、《纳米能源》（Nano Energy）、《美国化学会志》（Journal of the American Chemical Society）、《美国化学学会—纳米材料》（ACS Nano）等国际权威期刊发表学术论文80篇；单篇最高被引达347次，被评为中国百篇最具影响国际学术论文、Web of Science 高被引论文；主持国家及省部级项目12项；授权国家发明专利5项；获省部级科技进步奖3项；先后获第十三届吴孟超医学青年基金奖、第一届全国口腔优秀青年、 IADR/AADR William J. Gies Award、IADR/Unilever Hatton Divisional Award等国内国际学术奖励26项；任International Journal of Oral Science、Frontiers in Dental Medicine、中华口腔正畸学杂志编委，国际牙医师学院（ICD）Fellow、中华口腔医学会口腔生物医学专委会委员，中国医药教育协会委员等。