王翀
载干细胞微球纤维增强水凝胶组织工程支架促软骨再生
报告人:王翀
所在单位:东莞理工学院
报告人简介：
王翀，2013年博士毕业于香港大学机械工程系，2013-2016于香港大学和香港城市大学进行博士后研究工作，2016年加入为东莞理工学院机械工程学院，历任讲师、副教授，主要研究领域为骨、软骨、神经组织生物材料、生物制造、生物3D打印、类器官构建。主持及参与多项国家级、省部级科研项目，在Bioactive Mater、Biomaterials、Biofabrication、等各级期刊发表SCI论文40余篇，谷歌学术统计他引1800余次，为多个权威期刊评审超过100篇稿件，入选2023年全球2%顶尖科学家榜单。
摘要：
目前的临床治疗手段不能有效修复关节软骨缺损。虽然组织工程技术在治疗关节软骨缺损方面更有优势，但仿生软骨组织工程支架在促进所种植干细胞的成软骨分化标记表达的同时难以调控分化后细胞的组织形态，导致分化后细胞更接近纤维软骨细胞而非透明软骨细胞。为了提高干细胞向透明软骨细胞的分化效率，本研究从调控细胞外微环境和细胞初始组织形态两方面入手，制备了载干细胞微球的聚己内酯（PCL）纤维网格增强水凝胶软骨组织工程支架。相比单纯的水凝胶材料，PCL增强水凝胶支架具有与天然关节软骨组织更接近的力学性能和优异的耐磨性、润滑性。未添加TGF-β时，复合支架中聚集态干细胞（微球）比离散态干细胞具有更高的成软骨分化水平，但是水凝胶基质种类会影响长期培养条件下细胞的形态，例如光固化明胶（GelMA）水凝胶内的微球会在培养14天后解体，并和离散态干细胞一样伸出大量肌动蛋白微丝，导致干细胞最终分化为纤维软骨细胞。相比之下，光固化透明质酸（HAMA）水凝胶中的干细胞微球可长期保持聚集态且细胞多为圆形，同时聚集态干细胞表现出远高于GelMA水凝胶中聚集态干细胞的成软骨分化水平，最终分化为透明软骨细胞（图1b）。添加TGF-β时，PCL/GelMA支架中原本趋向于解离的干细胞微球会始终保持圆形聚集态且成软骨分化水平远高于无诱导条件下的分化水平（图1c）。相比之下，PCL/HAMA支架中干细胞微球的聚集态圆形组织形态依然被长期保持且其成软骨分化表达会进一步增强（图1d）。以上结果说明基质水凝胶的成分特性（蛋白vs.多糖）、干细胞形态（聚集态vs.离散态）和TGF-β信号都会对干细胞向透明软骨细胞分化产生影响。
图1 载干细胞微球纤维增强水凝胶组织工程支架培养7-21天后的免疫荧光染色图：（a）无TGF-β1条件下的载干细胞微球PCL/GelMA复合支架；（b）无TGF-β1条件下的载干细胞微球PCL/HAMA复合支架；（c）有TGF-β1条件下的载干细胞微球PCL/GelMA复合支架；（d）有TGF-β1条件下的载干细胞微球PCL/HAMA复合支架
