生物电梯度指导干细胞形态

电视发育之舞是电的。生物电梯度控制着胚胎的生长，向干细胞发出信号，告诉它们应该变成什么类型​​的细胞、应该去哪里、应该与谁为邻居以及应该形成什么样的结构。1这些信号的强度和位置充当着电支架，描绘出解剖特征并指导发育。生物电还影响着组织再生。2对于那些努力应对再生受伤神经挑战的研究人员来说，利用这些机制尤其令人感兴趣。3

斯坦福大学和亚利桑那大学的一支研究团队最近报道了一种新方法，即使用导电水凝胶在体外诱导人类间充质干细胞分化为神经元和少突胶质细胞。4他们的发现发表在《材料化学B杂志》上，为未来研究生物相容性材料在损伤后电增强移植细胞和内源性细胞提供了重要的原理证明。

“我们的实验室使用不同的聚合物与神经系统相互作用。我们认为受伤后有一个窗口似乎可以反映发育过程，”斯坦福大学医师科学家、这项研究的合著者保罗·乔治说。“由于许多发育过程都是由梯度和电场引导的，我们试图创造一种具有梯度的水凝胶，就像你在发育中的身体中看到的那样，它可以引导干细胞以某种方式分化或形成某些结构。”

对于试图模拟细胞原生环境的组织工程师来说，水凝胶是一种很受欢迎的生物相容性材料。它们可以保留大量的水，其硬度和三维特性可以控制，并且可以填充导电填料。“它在再生医学、体外建模和潜在的生物制造方面有很多潜在的应用，”塔夫茨大学生物医学工程师NishaIyer表示，她没有参与这项研究。“你可以利用电场和3D机械特性来影响干细胞，而无需使用不同种类的生物分子或昂贵的生长因子来驱动分化，这个想法非常令人兴奋。”

乔治和他的团队根据干细胞与均匀电场和变化电场的接近程度确定了一种特定的分化模式。水凝胶中心的细胞在恒定电场的作用下分化为少突胶质细胞谱系，而外围的细胞在强度较低、变化的电场的作用下则倾向于分化为神经元。乔治的研究是独一无二的，因为大多数用于神经再生的生物电体外研究都集中在静态电场而不是梯度上。在未来的研究中，空间控制梯度有可能模拟发育过程中发现的梯度，并有助于干细胞移植后的神经再生。

“这是一项很好的原理验证研究。我认为在实验室实际应用之前，我们还需要做很多额外的工作，”Iyer说。虽然这项研究还处于初步阶段，但它为未来干细胞和导电梯度水凝胶的移植研究迈出了重要的第一步，这些研究可以与受损的神经系统相互作用，从而可能改善恢复。“这个平台是我们首次尝试控制这些梯度并更好地理解发育线索，”George说。“还有很多未知的东西，如果我们能稍微倒转一点，也许我们可以帮助患有周围神经损伤或中风的患者恢复得更好。”

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