調(diào)節(jié)不同類型細(xì)胞在材料-組織界面的行為是誘導(dǎo)組織再生的關(guān)鍵。傳統(tǒng)的方法是利用特定的配體（如多肽和抗體）來(lái)增強(qiáng)靶細(xì)胞的結(jié)合性，但這些配體在生物環(huán)境中存在穩(wěn)定性問(wèn)題，限制了其臨床應(yīng)用。
針對(duì)上述問(wèn)題，浙江大學(xué)生物醫(yī)用材料及表界面工程研究室團(tuán)隊(duì)計(jì)劍教授、張鵬研究員創(chuàng)造性地提出通過(guò)精細(xì)調(diào)節(jié)材料表面化學(xué)性質(zhì)，實(shí)現(xiàn)選擇性細(xì)胞阻抗，從而獲得比修飾細(xì)胞外基質(zhì)多肽更強(qiáng)的細(xì)胞選擇性效果。特定的抗污特性對(duì)不同類型細(xì)胞在材料表面的粘附會(huì)產(chǎn)生差異性的影響。利用這一原理，作者對(duì)聚乙二醇（PEG）接枝表面進(jìn)行了精細(xì)調(diào)整，以選擇性支持內(nèi)皮細(xì)胞（EC）的粘附，同時(shí)阻抗平滑肌細(xì)胞（SMC）的粘附。進(jìn)一步的機(jī)制研究表明，肌球蛋白II表達(dá)的差異性對(duì)于細(xì)胞選擇性至關(guān)重要。最后，作者制備了一種內(nèi)皮細(xì)胞選擇性聚合物涂層，以促進(jìn)植介入心血管器械的體內(nèi)原位內(nèi)皮化并防止內(nèi)膜過(guò)度增生。該研究為細(xì)胞選擇性的實(shí)現(xiàn)提供了新的途徑，并為組織誘導(dǎo)再生的策略設(shè)計(jì)提供了新的見(jiàn)解。
該成果于2025年3月4日以“Regulating Cell–Material Interfacial Interactions through Selective Cellular Resistance”為題發(fā)表于《Journal of the American Chemical Society》，浙江大學(xué)博士后郝鴻業(yè)和博士生陳怡峰為論文共同第一作者。
調(diào)節(jié)不同類型細(xì)胞在植入物表面的行為，在組織再生和過(guò)度增生之間取得平衡是改善植介入手術(shù)預(yù)后的關(guān)鍵。傳統(tǒng)策略往往利用特定配體，如多肽和抗體，來(lái)選擇性地與細(xì)胞膜上的相應(yīng)受體作用，從而提升靶細(xì)胞的結(jié)合性。但該策略受限于配體分子在生理環(huán)境中的不穩(wěn)定性，難以實(shí)際應(yīng)用。因此，作者提出猜想：是否能夠反其道而行，通過(guò)選擇性細(xì)胞阻抗來(lái)實(shí)現(xiàn)靶細(xì)胞的選擇性粘附？
細(xì)胞的行為由其自身性質(zhì)和周圍微環(huán)境共同決定，特定的微環(huán)境有可能誘導(dǎo)不同類型的細(xì)胞產(chǎn)生不同的行為。同時(shí)，植入物進(jìn)入人體后，蛋白質(zhì)在其表面快速吸附，形成獨(dú)特的微環(huán)境，并進(jìn)一步介導(dǎo)后續(xù)的細(xì)胞粘附。但該過(guò)程通常是非特異性的，會(huì)導(dǎo)致不必要的組織增生。聚乙二醇（PEG）接枝則被廣泛用于賦予材料抗污性能，阻抗蛋白質(zhì)的表面吸附，從而抑制細(xì)胞粘附。而PEG的抗污性能強(qiáng)烈依賴于其分子量和接枝密度；诖，作者進(jìn)一步提出猜想：是否可以通過(guò)調(diào)整PEG的接枝參數(shù)，微調(diào)非特異性蛋白質(zhì)吸附過(guò)程，構(gòu)建理想的微環(huán)境，實(shí)現(xiàn)對(duì)非靶細(xì)胞的選擇性阻抗？
圖1 選擇性細(xì)胞阻抗調(diào)控細(xì)胞-界面相互作用示意圖。
為了驗(yàn)證上述猜想，作者利用巰基-烯光點(diǎn)擊反應(yīng)構(gòu)建了高通量連續(xù)梯度芯片，并對(duì)六種不同類型的人組織細(xì)胞進(jìn)行了培養(yǎng)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在合適的PEG接枝表面上，不同細(xì)胞的粘附行為呈現(xiàn)明顯的差異性。進(jìn)一步以心血管系統(tǒng)中存在競(jìng)爭(zhēng)生長(zhǎng)的EC和SMC為例，作者通過(guò)精細(xì)化調(diào)控PEG的分子量和接枝密度，篩選出了高EC選擇性的表面，證明了選擇性細(xì)胞阻抗的應(yīng)用潛力。
圖2 選擇性細(xì)胞阻抗表面的制備與篩選。
細(xì)胞在材料表面的粘附是一個(gè)復(fù)雜過(guò)程，受生物分子吸附形成的特定微環(huán)境以及不同類型細(xì)胞固有的粘附能力的影響。為了闡明選擇性阻抗作用的產(chǎn)生機(jī)制，作者分別在有無(wú)血清的培養(yǎng)基中進(jìn)行了細(xì)胞共培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)在含血清條件下，SMC被選擇性阻抗，而在無(wú)血清條件下，EC和SMC均不粘附，表明血清蛋白在其中發(fā)揮了重要作用。進(jìn)一步通過(guò)對(duì)材料表面蛋白質(zhì)吸附量和蛋白質(zhì)組學(xué)的分析，作者發(fā)現(xiàn)選擇性細(xì)胞阻抗表面吸附了更大比例的非粘附蛋白和更少比例的粘附蛋白，從而構(gòu)建了一個(gè)具有更少細(xì)胞粘附位點(diǎn)的微環(huán)境。而通過(guò)對(duì)細(xì)胞粘附形態(tài)的觀察和對(duì)肌球蛋白II的抑制，作者發(fā)現(xiàn)EC的黏著斑在各個(gè)方向上均勻分布，且肌球蛋白II表達(dá)量較低，細(xì)胞內(nèi)收縮力相對(duì)較小，因此可以在粘附位點(diǎn)較少的表面上保持粘附和鋪展；而SMC的黏著斑主要集中在細(xì)胞兩端，其肌球蛋白II表達(dá)量較高，強(qiáng)大的細(xì)胞內(nèi)收縮力阻礙了其在粘附位點(diǎn)稀少的表面上有效粘附和鋪展，從而導(dǎo)致了選擇性阻抗效果的實(shí)現(xiàn)。
圖3 SMC選擇性阻抗機(jī)理探究。
為了將上述發(fā)現(xiàn)向?qū)嶋H應(yīng)用進(jìn)行轉(zhuǎn)化，作者通過(guò)表面共聚的方式進(jìn)行涂層技術(shù)的開(kāi)發(fā)，并通過(guò)調(diào)控共聚物中PEG的含量成功制備了選擇性阻抗聚合物涂層（SCR），并全面評(píng)估了EC和SMC在涂層表面的細(xì)胞行為，包括粘附、增殖、遷移和內(nèi)皮化。結(jié)果表明，SCR涂層可以有效阻抗SMC的粘附、增殖和遷移，同時(shí)支持EC的生長(zhǎng)，最終實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)完整和功能正常內(nèi)皮層的再生，其效果甚至優(yōu)于EC選擇性多肽REDV。
圖4 SMC選擇性阻抗聚合物涂層對(duì)細(xì)胞粘附、增殖、遷移、內(nèi)皮化的影響。
最后，作者將選擇性細(xì)胞阻抗聚合物涂層修飾到316L不銹鋼絲上，并植入大鼠腹主動(dòng)脈，進(jìn)行體內(nèi)效果驗(yàn)證。結(jié)果表明，其具有優(yōu)異的抑制內(nèi)膜過(guò)度增生和促進(jìn)內(nèi)皮化的效果。
圖5 SMC選擇性阻抗聚合物涂層的體內(nèi)促內(nèi)皮化與抑制內(nèi)膜增生效果。
總結(jié)：作者利用高通量梯度芯片證明了特定的抗污表面能夠選擇性地影響不同類型細(xì)胞的粘附，通過(guò)微調(diào)表面的抗污特性，無(wú)需使用特定的生物活性分子即可實(shí)現(xiàn)組織再生的調(diào)控；開(kāi)發(fā)出了一種能選擇性阻抗SMC并支持EC的抗污表面；機(jī)制研究表明，這種選擇性阻抗歸因于材料表面細(xì)胞黏附位點(diǎn)的減少以及不同細(xì)胞內(nèi)收縮力的固有差異；最后，開(kāi)發(fā)了一種EC選擇性聚合物涂層，其不僅能抑制SMC的粘附、增殖和遷移，還能增強(qiáng)EC的競(jìng)爭(zhēng)力，從而在體內(nèi)減少內(nèi)膜增生并促進(jìn)內(nèi)皮化。
原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.5c01433
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