3D共聚焦拉曼重构体外干细胞骨分化

  细胞生物能量学(CBE)在组织再生中起着至关重要的作用。从生理上讲，增强的代谢状态有利于合成代谢生物合成和有丝分裂，从而加速再生。然而，到目前为止，对于实质性组织损伤的治疗，重新编程CBE的方法的发展一直是有限的。 有鉴于此，华中科技大学张胜民教授团队在国际上原创提出新概念生物材料—生物能量活性材料(Bioenergetic-active materials, BAM)，其区别于现有生物活性和可降解材料的显著优势在于：所构建的生物能量活性材料在组织工程和重建过程中，其降解分子碎片可直接参与线粒体内三羧酸循环，原位提高细胞能量代谢水平，从而显著促进缺损组织重建和再生；而常用可降解生物材料，作为支架材料其降解产物则无法参与三羧酸循环。 典型的体内组织修复重建试验结果表明，与商品化的聚乳酸和磷酸钙陶瓷支架相比，使用生物能量活性材料(BAM)支架可以极大地促进承重性骨缺损兔模型的诱导修复。利用拉曼等多种光谱成像技术对BAM结构进行了全面分析，该成果发表在Science Advances杂志上近期发表，并被选为封面文章：Bioenergetic-active materials enhance tissue regeneration by modulating cellular metabolic state, DOI:10.1126/sciadv.aay7608. 图1 封面报道，展示了BAM材料在生物材料科学与再生医学领域的重要意义 在特定的培养基作用一段时间后，干细胞可分化成骨细胞，在细胞表面沉积钙盐，形成钙结节，茜素红（ARS）染色成功（图2A）表明干细胞已成功向成骨细胞转化；干细胞成骨分化后会有明显的碱性磷酸酶（ALP），如图2B，其能酶促有机磷化合物水解，进而形成羟基磷灰石，BAM组中ALP较高的活性表明BAM增强了rMSCs（大鼠骨髓间充质干细胞）的成骨能力。图2D代表BAM组的主要成分的特征拉曼光谱，分别对应于蛋白质、脂质、DAN及磷灰石。