首頁(yè) 資訊上海硅酸鹽所發(fā)現(xiàn)硅酸鹽生物活性陶瓷可促進(jìn)類器官的生長(zhǎng)和發(fā)育

上海硅酸鹽所發(fā)現(xiàn)硅酸鹽生物活性陶瓷可促進(jìn)類器官的生長(zhǎng)和發(fā)育

來(lái)源：泰然健康網(wǎng) 時(shí)間：2024年12月07日 11:42

類器官作為三維多細(xì)胞構(gòu)建體，可以構(gòu)建出相應(yīng)組織和器官的部分結(jié)構(gòu)和功能特征。通常，類器官的生長(zhǎng)和發(fā)育需要水凝膠等基質(zhì)材料提供適當(dāng)?shù)奈h(huán)境。

生物活性陶瓷因生物活性、高生物相容性和出色的可調(diào)節(jié)特性，在組織工程和再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。生物活性陶瓷材料可調(diào)控水凝膠的力學(xué)性能，其釋放的離子可通過(guò)多種信號(hào)通路調(diào)節(jié)干細(xì)胞的功能。因此，利用生物陶瓷材料改進(jìn)水凝膠體系，有望開(kāi)發(fā)出適用于類器官培養(yǎng)和功能化的基質(zhì)材料。

近日，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所研究員吳成鐵和特聘研究員呂宏旭團(tuán)隊(duì)，在生物陶瓷材料復(fù)合水凝膠用于支持類器官培養(yǎng)、生長(zhǎng)發(fā)育和功能化的研究中取得進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)出由硅酸鹽生物活性陶瓷硅酸鈣（CS）納米線和甲基丙烯酸明膠（GelMA）組成的復(fù)合水凝膠，通過(guò)添加一定比例的基質(zhì)膠進(jìn)行優(yōu)化，可使其成為培養(yǎng)腸道和肝臟類器官的基質(zhì)材料。這一復(fù)合水凝膠對(duì)類器官的生長(zhǎng)和功能化具有促進(jìn)作用，同時(shí)，CS納米線釋放的生物活性離子對(duì)維持干細(xì)胞穩(wěn)態(tài)和自我更新至關(guān)重要，證實(shí)了生物陶瓷材料在類器官培養(yǎng)中的應(yīng)用潛力。

研究發(fā)現(xiàn)，由于CS納米線釋放的生物活性離子以及納米線對(duì)水凝膠基質(zhì)機(jī)械強(qiáng)度的調(diào)控作用，CS/GelMA復(fù)合水凝膠支持小鼠腸道類器官的生長(zhǎng)和發(fā)育。CS/GelMA復(fù)合水凝膠培養(yǎng)的腸道類器官顯示出與基質(zhì)膠培養(yǎng)的類器官相近的生長(zhǎng)和發(fā)育特征，如分化細(xì)胞類型的表達(dá)、類器官功能及傳代培養(yǎng)的能力等。此外，研究顯示，CS納米線釋放的生物活性離子能夠促進(jìn)腸道類器官發(fā)育的關(guān)鍵信號(hào)通路Wnt/β-catenin傳導(dǎo)，并提高葡萄糖吸收和ATP代謝活性，成為CS納米線促進(jìn)類器官發(fā)育的關(guān)鍵機(jī)制。

進(jìn)一步，該工作證明了CS/GelMA復(fù)合水凝膠能夠支持小鼠肝臟類器官的發(fā)育以及培養(yǎng)出的肝臟類器官表現(xiàn)出與正常小鼠肝臟相似的結(jié)構(gòu)和功能特征，表明該水凝膠在類器官培養(yǎng)中具有一定的適用性。

該研究制備了可用于支持腸道和肝臟類器官生長(zhǎng)發(fā)育的硅酸鹽復(fù)合水凝膠，探討了硅酸鹽活性材料促進(jìn)類器官生長(zhǎng)和功能化的作用與生物學(xué)機(jī)制，為以硅酸鹽為代表的生物陶瓷材料在類器官研究的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

相關(guān)研究成果以A bioactive calcium silicate nanowire-containing hydrogel for organoid formation and functionalization為題，發(fā)表在Materials Horizons上，并申請(qǐng)發(fā)明專利一項(xiàng)。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金、中國(guó)科學(xué)院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃、上海市基礎(chǔ)研究特區(qū)計(jì)劃和上海“揚(yáng)帆計(jì)劃”等的支持。

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