清华深圳国际研究生院弥胜利、孙伟课题组在角膜基质诱导再生

近期，清华大学深圳国际研究生院弥胜利和孙伟课题组在角膜基质诱导再生范畴取得重猛进展，相关功效于2020年3月18日揭橥在《天然·通信》（NatureCommunications）期刊上，题为“纤维增加的GelMA水凝胶用于诱导角膜基质的再生（FiberreinforcedGelMAhydrogeltoinducetheregenerationofcornealstroma）”。 （原创文章久久自媒体）

眼角膜作为视觉成像系统中一个至关主要的组织，是眼睛最前面的凸形高度透亮物质，能够珍爱眼内的微构造及组织，并为眼睛供应大部门屈光力。然则角膜伤害、传染及一些先本性身分导致角膜疾病成为全球第二大略盲疾病。同种异体角膜、人工角膜及人的羊膜移植是三类临床上应用最普遍的角膜疾病治疗方式，然则这些方式都邑存在必然的问题或缺陷。是以，行使进步的生物制造工程的方式（Biofabrication）斥地出一种治疗性的角膜支架，用于替代受疾病影响的角膜组织或诱导角膜组织自身再生，是至关主要的。今朝，角膜组织诱导再生的难点在于角膜基质层，该层组织是角膜的首要构成部门，具有多层正交定向的纳米纤维板层构成的复杂构造，行使传统的生物工程的方式很难真实地模拟基质层的构造。纤维板层之间分布着角膜基质细胞，这种细胞在体外培育及角膜组织伤害时很轻易转化为角膜成纤维细胞及肌成纤维细胞，导致角膜显现瘢痕。是以，制备可以模拟自然角膜基质构造的支架，同时连结角膜基质细胞的表型，诱导角膜基质的再生，是一个重大的挑战。

针对这一难题，弥胜利和孙伟课题组提出了使用近场静电纺丝手艺制备网格状的亚微米纤维支架，并和水凝胶手艺连系，制备了纤维水凝胶复合支架，，用于模拟正交定向的角膜基质板层构造和板层之间起保持感化的糖卵白。课题组提出了一种最优的拓扑构造及化学因子的组合，能够按捺角膜基质细胞的成纤维分化，连结其表型，并最终实现角膜基质的诱导再生。 （原创文章www.jj00.com）

今朝近场静电纺丝手艺应用最普遍的材料是PCL，然则因为PCL是疏水材料，晦气于细胞的粘附，是以该研究行使PEG作为激发剂，合成了PEG和PCL的共聚物PECL，显著提高了PCL的亲水性。课题组首次行使近场静电纺丝手艺成功制备了正交定向的PECL亚微米纤维支架(图1a)，角膜缘基质干细胞能够在支架外观黏附并沿着纤维偏向铺展及生长(图1b)。

研究经由将MA润饰到明胶大分子链上合成了GelMA，探究出最优的MA润饰度及GelMA浓度，能够使封装在GelMA水凝胶内的角膜缘基质干细胞连结高的细胞活性(图1c)并能铺睁开(图1d)。

课题组采用模具灌注的体式制备了纤维水凝胶复合支架(图1e)，经由研究分歧纤维间距的网格状支架对纤维水凝胶复合支架理化机能的影响，找出了最优的拓扑构造能够使纤维水凝胶在力学机能、透光度和溶胀性方面最接近于自然的角膜组织。研究将角膜缘基质干细胞接种在2D的细胞培育皿、3D的GelMA水凝胶及最优的纤维水凝胶复合支架内，并研究角膜缘基质干细胞在含血清及不含血清的培育基中的分化及角膜基质细胞表型的维持。研究表明，这种最优的纤维水凝胶的拓扑构造及无血清培育基能够按捺角膜基质细胞向成纤维细胞分化。

图2大鼠角膜基质内板层移植实验及评估

最后，研究使用大鼠进行角膜内的板层移植实验，离别进行了3DGelMA水凝胶、含化学因子3DGelMA、最优纤维水凝胶支架及含化学因子最优纤维水凝胶支架的移植，对照组为自体角膜移植（图2a）。术后经由OCT、免疫荧光染色及HE染色进行3个月的研究视察（图2b-e）发现比拟于其他的支架，含化学因子的最优纤维水凝胶支架的移植能够最好地实现角膜基质的诱导再生。

本论文第一作者为清华-伯克利深圳学院博士生孔彬和清华大学深圳国际研究生院硕士生陈赟及刘睿，论文通信作者为弥胜利副研究员和孙伟传授。该研究获得了国度重点研发规划的支撑。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-020-14887-9

文字起原：清华新闻网