PNAS：揭示生物材料诱导干细胞转化分子机制

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PNAS：揭示生物材料诱导干细胞转化分子机制

借助于仿生模型，由加州大学圣地亚哥分校的生物工程师们领导的一个研究小组发现了，磷酸钙诱导干细胞成为造骨细胞（bone-building cell）的机制。这项研究工作发表在本周的《美国科学院院刊》（PNAS）上。
加州大学圣地亚哥分校Jacobs工程学院的Shyni Varghese和同事们，追踪了利用这些生物材料促使骨形成过程中令人惊讶的信号通路。他们的研究结果将帮助他们进一步改良生物材料的设计，进而促使干细胞生成新骨。研究人员说，他们的研究或许还为治疗诸如成人骨折和骨质疏松症等骨缺损以及骨代谢疾病指明了新的靶点。
构建的这些材料模拟了机体自身的细胞微环境，来自骨髓的未分化干细胞在这样的微环境中会转变为特异的造骨细胞。“多年来我们知道，以磷酸钙为基础的材料可以促进干细胞向成骨细胞分化，但却没有人知道其原因，”Varghese说。
“作为工程师，我们希望能够构建出一致的、可重现的产品。因此我们需要了解构建因子是如何促成这一结果的。”
研究人员发现，当磷酸盐离子逐渐从这些材料中溶解出来时，它们被干细胞吸收用来生成重要的代谢分子：ATP。随后一种叫做腺苷的ATP代谢产物向干细胞发送信号，促使它们定向分化为成骨细胞。 Varghese说，发现这些生物材料与一些代谢信号通路相关联让她的研究小组感到惊喜。但她们还不清楚这些信号通路是如何影响干细胞促使骨形成的。
尽管这项PNAS研究的结果是适用于构建骨骼，Varghese和加州大学圣地亚哥分校的同事们正在致力于各种项目来了解干细胞旺盛生长及分化为多种细胞类型的机制。有了这些信息，他们希望能够设计出一些生物材料，利用它们来帮助将干细胞转化为或有一天能够替代病变或退化骨骼、肌肉或血管的组织。