PNAS揭示生物材料誘導干細胞轉化分子機制

　　借助于仿生模型，由加州大學圣地亞哥分校的生物工程師們領導的一個研究小組發現了，磷酸鈣誘導干細胞成為造骨細胞(bone-building cell)的機制。這項研究工作發表在本周的《美國科學院院刊》(PNAS)上。

　　加州大學圣地亞哥分校Jacobs工程學院的Shyni Varghese和同事們，追蹤了利用這些生物材料促使骨形成過程中令人驚訝的信號通路。他們的研究結果將幫助他們進一步改良生物材料的設計，進而促使干細胞生成新骨。研究人員說，他們的研究或許還為治療諸如成人骨折和骨質疏松癥等骨缺損以及骨代謝疾病指明了新的靶點。

　　構建的這些材料模擬了機體自身的細胞微環境，來自骨髓的未分化干細胞在這樣的微環境中會轉變為特異的造骨細胞。“多年來我們知道，以磷酸鈣為基礎的材料可以促進干細胞向成骨細胞分化，但卻沒有人知道其原因，”Varghese說。

　　“作為工程師，我們希望能夠構建出一致的、可重現的產品。因此我們需要了解構建因子是如何促成這一結果的。”

　　研究人員發現，當磷酸鹽離子逐漸從這些材料中溶解出來時，它們被干細胞吸收用來生成重要的代謝分子：ATP。隨后一種叫做腺苷的ATP代謝產物向干細胞發送信號，促使它們定向分化為成骨細胞。

　　Varghese說，發現這些生物材料與一些代謝信號通路相關聯讓她的研究小組感到驚喜。但她們還不清楚這些信號通路是如何影響干細胞促使骨形成的。

　　盡管這項PNAS研究的結果是適用于構建骨骼，Varghese和加州大學圣地亞哥分校的同事們正在致力于各種項目來了解干細胞旺盛生長及分化為多種細胞類型的機制。有了這些信息，他們希望能夠設計出一些生物材料，利用它們來幫助將干細胞轉化為或有一天能夠替代病變或退化骨骼、肌肉或血管的組織。