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王慧明教授團隊《Biomaterials》發文揭示手性幾何調控干細胞命運

來源:admin 發布日期:2019-08-27 訪問次數:110

2019年8月26日,手机彩票网醫學院附屬口腔醫院王慧明教授團隊在生物材料領域頂級期刊《Biomaterials》(IF=10.273)在線發表題為 “Chiral Geometry Regulates Stem Cell Fate and Activity” 的研究論文。該成果首次報道手性幾何調控干細胞命運和行為,并將其定義為“chirotaxis”

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“手性”是自然界的基本屬性。就像左手和右手一樣,互為鏡像,卻不能重疊。大到宇宙星云,小到蝸牛殼、牽牛花藤,仔細觀察,都有特定的方向。而組成我們生命的基本物質,DNA的雙螺旋結構是右旋的,氨基酸分子都是左旋的。這種對稱性“破缺”同樣在微觀粒子層面表現出弱相互作用的宇稱不守恒。

盡管“手性”的起源仍未完全證實,但手性確實與我們的生活密切相關。最典型的案例之一,就是上世紀50年代的反應停(沙利度胺,Thalidomide)藥害事件。沙利度胺作為一個手性分子,其R-構型具有鎮靜催眠效果,而S-構型會導致胎兒畸形。將兩種旋光異構的沙利度胺混合作為藥物使用,最終釀成了世界性的悲劇。因此,半個世紀以來,人們一方面極度重視手性藥物的嚴格分離,另一方面著手研究手性分子的分子生物學機制。而與細胞尺寸相當的微米尺度手性對細胞行為的影響卻未見報道。

團隊構建了典型的手性螺旋幾何圖案,并觀察到干細胞在右旋幾何圖案上的黏附、增殖、分化以及遷移行為均有顯著上調,這種具有普適性的細胞趨化行為被首次定義為“chirotaxis”。同時,借助分子動力學的理論模擬計算,闡明了細胞骨架的固有手性(內因)在不同幾何手性圖案作用下(外因)被增強/減弱,通過力傳導信號通路,最終實現了對細胞命運的調控。該成果的意義在于闡釋了一種普適的細胞基本屬性,細胞的行為不僅是可以通過bottom-up (分子-納米-微米-宏觀)的方式層級調控,反過來top-down的層級調控方式同樣行之有效,暗示生命體不同層級之間存在復雜的相互聯系。同時,也對生物材料的設計具有啟示意義。

    該研究的第一作者為手机彩票网醫學院附屬口腔醫院助理研究員董靈慶、博士生龔佳幸為共同第一作者,俞夢飛副研究員和王慧明教授為共同通訊作者;手机彩票网航天航空學院博士生王彥中(共同第一作者),錢勁教授(共同通訊作者)參與了此項工作的理論模擬計算部分。該項研究得到了國家自然科學基金的資助。

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