聂广军团队开发动态响应水凝胶，通过相分离更高效诱导iPSC

来源：生物世界 2023-04-10 10:48

这项研究揭示了通过协调细胞重编程激发的动态响应水凝胶和相分离过程来高效诱导细胞多能性。

细胞重编程的重大进展极大地推动了干细胞领域的基础和转化研究。山中伸弥教授发现，Oct4、Sox2、Klf4 和 c-Myc这四个转录因子可以通过重编程将成熟体细胞诱导为iPSC（诱导多能干细胞），这是生物医学领域的一个里程碑式发现，山中伸弥也因此荣获2012年诺贝尔生理学或医学奖。

iPSC技术不仅在疾病建模、药物筛选和再生医学中拥有广泛应用，它还提供了一个强大的工具来剖析细胞命运转变的基本原理。

体细胞重编程是一个漫长而低效的过程，这极大地阻碍了基于iPSC的治疗方法的临床转化。以往的研究表明，体细胞重编程过程中存在各种转录和表观遗传障碍。自山中伸弥以来，许多研究团队致力于通过开发基于转录因子或化学小分子的策略来提高细胞重编程效率。

功能性生物材料的开发是干细胞研究中的一个活跃领域，它可以模拟原生微环境的生化信号和生物物理线索来影响多能干细胞行为。其中，水凝胶（Hydrogels）是最引人注目的生物材料之一。

细胞重编程是一个复杂且高度协调的过程，它经历一系列具有不同转录、表观遗传和代谢特征的中间状态。但迄今为止，设计和制造动态响应生物材料以适应细胞重编程过程中的动态转录、表观遗传和代谢变化仍然是一个挑战。

近日，国家纳米科学中心聂广军团队在 Advanced Materials 期刊发表了题为：Cell Reprogramming-Inspired Dynamically Responsive Hydrogel Boosts the Induction of Pluripotency via Phase-Separated Biomolecular Condensates 的研究论文。

该研究通过合成生物学策略制备了细胞重编程响应水凝胶，能够真实地感知细胞重编程过程中的代谢重塑和胞外酸化，并通过改变其力学性能进行响应。在细胞重编程过程中，细胞重编程响应水凝胶机械特性的自主变化，在适当的时间诱导YAP蛋白相分离，确保了比传统细胞重编程方法更快、更有效地生成iPSC。

使用这一策略，研究团队成功将人类和小鼠体细胞（包括衰老细胞）有效重新编程为表现出胚胎干细胞关键特征的诱导多能干细胞（iPSC）。这项研究揭示了通过协调细胞重编程激发的动态响应水凝胶和相分离过程来高效诱导细胞多能性。

诱导多能干细胞（iPSC）在疾病建模、个性化医疗和组织工程等方面有着广泛应用。但目前基于转录因子或化学小分子的方法从体细胞中生成诱导多能干细胞的方式，既耗时又低效。

该研究报道了一种细胞重编程激发的动态响应水凝胶，用于从人和小鼠体细胞（包括衰老细胞）中强有力地诱导多能性。通过合成生物学策略制备的细胞重编程响应水凝胶，在细胞重编程过程中表现出动态的生物响应性，以感知代谢重塑和胞外酸化，并相应地通过调节机械性能进行响应。

机制研究表明，在细胞重编程过程中，细胞重编程响应水凝胶力学特性的自主变化，在适当的时间点诱导形成相分离的YAP生物分子凝聚体，确保了比传统细胞重编程方法更快、更有效地生成iPSC。

总的来说，这项研究揭示了通过协调细胞重编程激发的动态响应水凝胶和相分离过程来高效诱导细胞多能性。