干细胞具有迁移、分化以及分泌各种治疗因子(如免疫调节因子)等功能,为攻克多种疾病难题提供了全新的思路与方向。当前,干细胞治疗虽已取得阶段性成果,但仍面临细胞存活率欠佳、靶向归巢效率低下、分化精准度不足等问题。为进一步提升干细胞的治疗效能并赋予其全新的功能特性,越来越多的研究致力于工程化干细胞改造,并应用到组织再生领域,且已初步展现出成效。本综述简要回顾干细胞的工程化策略,并重点阐述工程化干细胞在创伤修复、软骨愈合、骨修复、免疫调控等组织再生领域的应用进展。Stem cells possess the abilities of migration, differentiation, and secretion of various therapeutic factors (such as immunomodulatory factors), which provide entirely new ideas and directions for conquering numerous disease challenges. In current clinical practice, although stem cell therapy has achieved phased results, there are still problems such as poor cell survival rate, low targeted homing efficiency, and insufficient differentiation accuracy. To further enhance the therapeutic efficacy of stem cells and endow them with new functional characteristics, an increasing number of studies are dedicated to the modification of engineered stem cells and their application in the field of tissue regeneration, and initial effects have been demonstrated. This review briefly reviews the engineering strategies of stem cells and focuses on elaborating the application progress of engineered stem cells in aspects such as wound repair, cartilage healing, bone repair, and immune regulation in tissue regeneration.
近年来,纳米材料和纳米技术在现代工业及生物医药等领域取得了飞速发展。纳米二氧化钛作为制造量最大的纳米材料之一,已经被广泛应用于食品、化妆品以及生物医药领域等各个方面,其生物安全性和可能引发的生物学效应也因此受到了越来越多的关注。
大量研究表明,高剂量的纳米二氧化钛毒性较高,可以导致病理损伤。然而,很少有研究报道在低剂量无毒条件下长期暴露于纳米二氧化钛是否会对机体产生其他潜在的危害。进化上高度保守的TGFβ信号通路在生物的生长发育、细胞迁移和组织再生等方面发挥着非常重要的作用。细胞实验表明,纳米二氧化钛在不产生细胞毒性的条件下能够明显抑制TGFβ诱导的上皮间质细胞转化(EMT)和细胞迁移。进一步的研究发现纳米二氧化钛可以介导TGFβ一型受体和二型受体进入溶酶体降解,从而抑制TGFβ信号通路的活性。我们在两种体内模型中验证了纳米二氧化钛的作用。结果表明,长期接触含有纳米二氧化钛的环境水和饮用水可以显著抑制TGFβ信号通路介导的斑马鱼鱼尾再生和DSS诱导后小鼠肠炎的修复过程。因此,我们的研究结果揭示了低剂量纳米二氧化钛对组织重塑和修复过程的影响,对纳米二氧化钛的毒性评估和癌症治疗有着非常重要的意义。
除了TGFβ信号通路,再生医学的基础——干细胞,也因其在组织重塑和修复方面的重要作用而备受关注。干细胞存在丰度低,在缺乏自我更新信号的体外环境下极易分化。因此,开发用于干细胞扩增和干性维持的体外培养技术迫在眉睫。尽管Matrigel可以模拟细胞外基质(ECM)促进干细胞增殖,但由于其系统中缺乏可以和干细胞交流的巢细胞,干细胞的体外培养并不理想。在这里,我们以乳腺干细胞(MaSCs)为例开发了一个新的体外3-D培养技术:ESPN(expansion of stem cells with pairing niches)。我们采用布尔逻辑门的概念,发现DNA纳米材料介导构建的体外干细胞巢所提供的机械调节和旁分泌调节能够促进乳腺干细胞在体外的持续扩增。结果显示,一周后,生长在体外干细胞巢中的干细胞总数相对于对照组增加了4倍。因此,我们用DNA纳米材料开发了一种新型高效的乳腺干细胞培养方法,对其他干细胞的体外培养及三维组织和类器官的重构具有重要意义。
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