张超教授和吴钊英副教授课题组在干细胞成骨分化和骨组织工程领域发表研究论文

干细胞成骨分化在骨缺损修复过程中尤为重要，生化信号和机械信号都能够独立调节干细胞成骨分化。目前有关生化信号和机械信号调节成骨分化的研究多集中于平面培养，而三维培养环境下相关信号通路的相互作用机制亟待厘清。近日，TOMID团队张超课题组和吴钊英课题组在Biomacromocules上发表研究性论文，在具有贯通孔的晶胶中三维培养大鼠骨髓基质细胞，研究机械信号和BMP-2信号的共同作用效果和细胞外机械信号对BMP-2信号的串扰，以及晶胶支架对修复大鼠颅骨临界缺损的作用。

文章通过冷冻和光交联制备具有贯通孔的晶胶，控制原料的双键取代度调节晶胶的硬度，并通过共价修饰将BMP-2模拟肽（BMMP）引入晶胶基质中。在培养过程中，MSCs能够在晶胶内部良好的增殖和迁移。研究表明，提高晶胶硬度以及引入BMMP共同促进MSCs成骨分化，并增强BMP-2的自分泌，从而提高BMP-2通路中关键蛋白——磷酸化Smad1/5/8复合物水平。通过Y-27632对rho相关激酶（ROCK）的抑制，或Blebbistatin对非肌肉肌球蛋白II（NMII）的抑制表明，BMP-2信号的成骨诱导和BMP-2的自分泌和Smad复合物的磷酸化，需要细胞骨架张力和ROCK通路信号的参与。单独抑制ROCK通路或细胞骨架张力不能阻断细胞感知基质硬度，并在高硬度基质中向成骨方向分化。文章进一步将晶胶植入大鼠临界颅骨缺损模型中，研究晶胶对大鼠颅骨缺损的修复效果。结果表明提高晶胶硬度和BMMP，促进了大鼠颅骨缺损部位的新骨生成、骨密度的增加和OCN在缺损部位的沉积，表明提高晶胶硬度和BMMP能够共同促进大鼠临界颅骨缺损的修复。

硕士生李思静和博士生张世雄为论文共同第一作者，TOMID团队张超教授、吴钊英副教授和附属第一医院张伟主治医师为论文通讯作者，论文作者还包括团队的硕士生董树澳，博士后赵蒙恩。中山大学生物医学工程学院为论文第一单位。该研究得到了国家自然科学基金项目（81971760）和国家重点研发计划项目（2018YFB1105702）的资助。

论文信息：Sijing Li, Shixiong Zhang, Shuao Dong, Mengen Zhao, Wei Zhang*, Chao Zhang*, and Zhaoying Wu*, Stiffness and BMP-2 Mimetic Peptide Jointly Regulate the Osteogenic Differentiation of Rat Bone Marrow Stromal Cells in a Gelatin Cryogel, Biomacromolecules, 2024, https://doi.org/10.1021/acs.biomac.3c01045.

供稿人：李思静

终审：吴钊英