纳米模板指引干细胞研究

2006年04月14日 中国科技信息网 9 据《新科学家》杂志消息，英国科学家研究发现，以纳米模板蚀刻的培养基能够激发干细胞使其生长成为骨骼，而不是肌肉或软骨组织。专家表示，这一发现可能会带来更加持久耐用的纳米工程人工移植组织，促进正常的组织在其周围生长。

生物学家通常在干细胞上使用化学物质来使其分化成为特定的细胞，然后生长成为某种组织。但是英国格拉斯哥大学的组织工程师MatthewDalby与其同事进行的骨髓干细胞研究表明，如果干细胞的物理生长环境完全适宜，那么就并不需要如此繁琐的程序。

Dalby的研究小组在一种培养基中生长干细胞，其中含有足够的养分以供培养基存活生长，但是不足以让它们分化。但是科学家们对支持利用电子束蚀刻技术——是一种在计算机芯片设计中常用的技术，向物体表面发射电子束进行蚀刻——来促进细胞生长的培养基进行修改。

之前的研究已经表明，不同的培养基能够改变其中正常细胞的生长速度。但是一些研究人员发现某些纳米模板能够引导干细胞生长成为骨骼而不是肌肉、脂肪或软骨组织。“我们没有利用任何外部因素来激发分化，”Dalby在英国坎特格雷举行的实验生物学研究会大会上说。“我们已经十分了解模板的表面特征。”

研究人员先制造出一种纳米坑模板，这种模板的表面有特殊的聚合体表面，上面带有直径小于100毫微米的纳米坑。随后用这样的表面制造金属模具，最后用另一种聚合体来制造最终的培养基。研究人员在成功实现引导干细胞生长成为某种特定的组织前，已经试验了多种纳米坑组合。

在平坦的表面上配置出来的干细胞不会分化，而是保持柔软。而那些在纳米坑排列极为有序的培养基上的干细胞也是如此。但是，在纳米坑排列规则与不规则共存的培养基上，干细胞会生长成为钙化骨骼细胞。

“当人们用这种模板来进行此类研究时，一般都趋向于使用排列极为有序或极为无序的模板，”Dalby表示，“而我们采取的是，在有序的模板中加入了无序排列。”研究人员尚未发现为什么这样的模板会影响干细胞的生长，但是Dalby已经有所发现。他认为，细胞能够从这种模板上获得与人体组织附近的蛋白质形状与蛋白质胶原结构类似的“纳米级的暗示”。

干细胞分泌蛋白质的方式与纳米坑表面产生的交互作用也可以帮助科学家们解释这一发现。“它（纳米模板）改变了细胞的形状，而这种改变似乎影响了干细胞染色体的行为与分化的方式。”进一步了解这些纳米级暗示如何影响干细胞的生长可能会帮助科学家们制造出激发其他细胞行为的表面排列，包括分化成为其他种类的组织等等。

荷兰瑞邦德大学的移植组织研究者FrankWalboomers称，这一发现将对移植组织与人体的结合有所帮助。“这一研究展示了精细的培养基表面能够对干细胞产生的影响，”他表示。Walboomer解释说，现有的骨骼与髋关节移植组织在植入人体后立刻会被软组织包围，这些软组织会修复它们功能。但是今后，移植组织的表面可以是纳米工程表面，可以引导干细胞最终成长为骨骼。这将大大提高髋关节移植组织目前10～15年的寿命。“很明显，表面特征的对于干细胞的发展至关重要，”他接着说。“我们认为它是一种相对简单的干细胞控制方法。”