中大新聞網訊（通訊員王山峰）組織再生是細胞增殖、分化和組織形態形成的協同過程。對于原位組織工程，生物材料需要具有適宜的生物物理與化學信號以促進損傷部位的功能恢復，生物活性信號對原位組織再生過程中的內源性祖細胞、干細胞以及局部組織微環境的響應發揮關鍵作用。因此，優化細胞對植入生物材料的響應在組織再生至關重要。基底模量已被廣泛認為是影響細胞行為和功能的關鍵因素之一。然而，基底模量對于體外細胞行為影響的眾多結果尚未系統地與具有更復雜的生物力學、化學和拓撲特征的體內真實微環境相關聯。尤其是，在對于模量迥異的硬、軟兩種類型的組織進行修復，在材料的力學需求上是否具有傾向性，是組織工程和生物材料領域的重要問題。

近日，中山大學材料科學與工程學院王山峰教授團隊為全面、系統地回答這個問題，以“Opposite Mechanical Preference of Bone/Nerve Regeneration in 3D-printed Bioelastomeric Scaffolds/Conduits Consistently Correlated with YAP-Mediated Stem Cell Osteo/Neuro-genesis”為題發表在Advanced Healthcare Materials上。文章第一作者為中山大學材料科學與工程學院2019級博士畢業生成肖鵬，主通訊作者為其導師王山峰教授。相關成果該研究得到中國國家自然科學基金和中山大學“百人計劃”啟動經費的支持。

圖1. 光固化和生物可降解彈性體調節人源間充質干細胞命運和體內骨/神經組織再生。

圖2. 模量介導周圍神經再生的潛在機制示意圖。

在此研究工作中，王山峰教授團隊開發了一種新型的可光固化聚合物聚三亞甲基碳酸酯富馬酸酯（PTMCF，中國發明專利申請號：202011000150.4），通過面投影微立體光刻技術（PμSL）制備了具有單因素變量（模量）的二維基底和三維支架，并用于研究模量對體外人源間充質干細胞行為以及體內軟硬組織再生的影響。得出的主要結論如下：（1）將線性PTMC二醇與富馬酰氯進行縮聚得到了可光固化可降解的無定形PTMCF。PTMCF的低玻璃化轉變溫度和低零剪切黏附特性使其可在高固含量下PμSL打印為生物彈性體。PTMCF交聯網絡性質如玻璃化轉變溫度、拉伸模量和降解速率均與隨交聯密度增加而升高。（2）在拉伸模量位于90-990 kPa范圍內，人源間充質干細胞（hMSCs）粘附、鋪展和增殖與模量呈正相關；而hMSCs成骨或神經元分化分別在990 kPa和90 kPa基底上得到增強，模量通過介導YAP轉錄活性調控粘著斑蛋白形成以及后續的細胞行為。（3）當支架壓縮模量處于85-580 kPa范圍內，大鼠股骨髁修復與支架模量呈正相關；而其周圍神經修復與支架模量呈負相關。通過轉錄組學得到的模量介導周圍神經修復潛在機制：適宜的模量可促進細胞整合素表達，激活FAK磷酸化并進一步活化Rho家族蛋白，從而激活下游蛋白以形成Arp2/3復合物，促進肌動蛋白成核與聚合，并形成絲狀偽足、微突起和板狀偽足，促進神經元生長并進一步修復周圍神經。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adhm.202301158