动态自适应水凝胶通过基质力学信号调控干细胞功能促进脊髓损伤修复

目的脊髓损伤(SCI)是一种严重的中枢神经系统创伤疾病,干细胞移植被视为SCI的潜在治疗方法。然而,由于SCI复杂而不利的病理微环境,移植细胞面临存活率低、功能差的问题。因此,需要利用水凝胶等功能生物材料参与重建损伤部位微环境,提升干细胞功能,促进神经回路的重建。方法通过向水凝胶网络中引入具有高解离/结合常数的主客体交联结构或了基于核酸适配体的三磷酸腺苷(ATP)响应性交联剂,提升水凝胶的动态力学性质,模拟了神经组织的黏弹性。结果具有较高黏弹性的水凝胶支持三维包封的间充质干细胞(MSCs)的增殖、铺展、力学感知等重要行为,上调MSCs的旁分泌效应,从而促进血管生成、神经突起生长等再生关键过程。同时,高黏弹性水凝胶可以通过主动网络重构适配神经干细胞(NSCs)增殖、分化、神经元轴突生长过程中极大的细胞形貌变化,激活细胞力学转导,支持NSCs向神经元的定向分化。大鼠SCI模型进一步表明,基于动态自适应水凝胶的干细胞移植可有效改善组织微环境,促进轴突生长,减轻胶质瘢痕形成,促进了SCI动物肢体活动能力、痛觉感知、排尿功能等恢复。结论这些发现不仅揭示了基质力学信号对干细胞行为的调控作用,也为SCI的治疗提供了新的思路。