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宾夕法尼亚州立大学王勇团队在哺乳细胞表面地构建出仿生细胞壁

2019-11-17 18:52:13

美国宾夕法尼亚州立大学的王勇教授团队受植物细胞壁结构和房屋建造的启发，在哺乳细胞表面成功地构建出仿生细胞壁。该研究刚刚发表在Nature Communications。

与植物和微生物细胞不一样，哺乳细胞没有在长期生物进化过程中进化出细胞壁。环境轻微的变化就会对哺乳细胞产生极大的损伤。因此，虽然人和动物细胞在细胞治疗、组织工程、3D生物打印等先进技术中拥有广泛的应用前景，但在临床和工业实际的应用中却是非常少。面对这个挑战，在过去的几十年的时间里，人们为了保护哺乳细胞尝试了各种各样的方法和材料。例如，微流控封装、聚电解质吸附等。但这些方法和材料面临着很多亟待解决的问题，如单细胞封装效率低、材料/细胞体积比过高、材料毒性大、细胞封装条件不具有细胞相容性、依赖复杂的制备过程或设备等。

理想的细胞保护方法是在生理相容性的条件下，仅通过简单的操作就可以在细胞表面构建纳米尺度的保护层。王勇教授团队受植物细胞壁结构的启发，发展了一种全新的、具有广谱意义的细胞封装方法。他们利用在细胞表面的聚合生长的DNA作为模板和结构框架，实现了海藻酸在细胞表面的层层组装，并进一步利用聚电解质交联得到纳米尺度的细胞保护层。这种全新的技术不需要任何复杂的设备，也不需要长时间或重复的操作，只需要在生理条件下将细胞和材料进行简单的混合，就可以实现细胞大批量的有效封装和保护。

这种仿生细胞壁可以有效地增强细胞对外界环境破坏的抵抗力（包括离心剪切力、渗透压等物理刺激以及免疫细胞进攻等生物刺激），保护哺乳细胞的活性。该团队为了展现这个新概念的广谱性，实验中用了五种不同的动物或人的细胞。无一例外，仿生细胞壁可以在所有的细胞表面构建起来。为了进一步展现这个新概念的应用潜力价值，研究人员在人类间充质干细胞表面构建仿生细胞壁，将其移植到小鼠体内。结果表明拥有仿生细胞壁的干细胞在小鼠体内不仅存活时间延长，同时可以保留正常的细胞功能，通过分泌生长因子促进局部的血管生成。该研究团队计划在未来的科研中，进一步探索将该技术原理广泛用于各种细胞移植、疾病治疗、生物打印等领域的可能性。该团队的其它相关研究还发表在Angewandte Chemie International Edition。

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