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王慧明教授团队《Biomaterials》发文揭示手性几何调控干细胞命运

编辑:李静 来源:医学院 时间:2019年08月27日 访问次数:10  源地址

2019年8月26日,浙江大学医学院附属口腔医院王慧明教授团队在生物材料领域顶级期刊《Biomaterials》(IF=10.273)在线发表题为 “Chiral Geometry Regulates Stem Cell Fate and Activity” 的研究论文。该成果首次报道手性几何调控干细胞命运和行为,并将其定义为“chirotaxis”

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“手性”是自然界的基本属性。就像左手和右手一样,互为镜像,却不能重叠。大到宇宙星云,小到蜗牛壳、牵牛花藤,仔细观察,都有特定的方向。而组成我们生命的基本物质,DNA的双螺旋结构是右旋的,氨基酸分子都是左旋的。这种对称性“破缺”同样在微观粒子层面表现出弱相互作用的宇称不守恒。

尽管“手性”的起源仍未完全证实,但手性确实与我们的生活密切相关。最典型的案例之一,就是上世纪50年代的反应停(沙利度胺,Thalidomide)药害事件。沙利度胺作为一个手性分子,其R-构型具有镇静催眠效果,而S-构型会导致胎儿畸形。将两种旋光异构的沙利度胺混合作为药物使用,最终酿成了世界性的悲剧。因此,半个世纪以来,人们一方面极度重视手性药物的严格分离,另一方面着手研究手性分子的分子生物学机制。而与细胞尺寸相当的微米尺度手性对细胞行为的影响却未见报道。

团队构建了典型的手性螺旋几何图案,并观察到干细胞在右旋几何图案上的黏附、增殖、分化以及迁移行为均有显著上调,这种具有普适性的细胞趋化行为被首次定义为“chirotaxis”。同时,借助分子动力学的理论模拟计算,阐明了细胞骨架的固有手性(内因)在不同几何手性图案作用下(外因)被增强/减弱,通过力传导信号通路,最终实现了对细胞命运的调控。该成果的意义在于阐释了一种普适的细胞基本属性,细胞的行为不仅是可以通过bottom-up (分子-纳米-微米-宏观)的方式层级调控,反过来top-down的层级调控方式同样行之有效,暗示生命体不同层级之间存在复杂的相互联系。同时,也对生物材料的设计具有启示意义。

该研究的第一作者为浙江大学医学院附属口腔医院助理研究员董灵庆、博士生龚佳幸为共同第一作者,俞梦飞副研究员和王慧明教授为共同通讯作者;浙江大学航天航空学院博士生王彦中(共同第一作者),钱劲教授(共同通讯作者)参与了此项工作的理论模拟计算部分。该项研究得到了国家自然科学基金的资助。

   全文链接:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961219305551?via%3Dihub

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撰稿人:董灵庆,龚佳幸

审稿人:王慧明,俞梦飞

 

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