椎间盘退变(IVD)是现代社会导致残疾的主要原因之一，造成沉重的社会经济负担。仅在美国，每年用在治疗IVD退变的相关费用就超过亿美元。椎间盘退变的原因多种多样，而髓核细胞（Nucleuspulposuscell，NPC）表型和密度的变化在IVD变性中是最早出现的。NPC的变化导致细胞外基质的改变从而改变其生长微环境，进而再反作用于NPC，致使其发生进一步退变，产生不可逆转的后果。然而单纯的将NPC注射入髓核组织中，不能保证其存活率及表型，大大削弱了治疗效果。因此开发一种可以调控NPC表型的载体十分重要。因此，来自华盛顿大学的NathanielHuebsch教授团队通过将cRGD与蛋白多糖结合肽AG73结合，制备了一种可以调节NPC表型的新型水凝胶，为椎间盘退变的治疗提出了一条新思路。
首先研究者们使用点击化学的方式将AG73肽接枝到藻酸盐上（图1A），接着将制备好的AG73-藻酸盐，RGD-藻酸盐以及未加修饰的藻酸盐混合使用Ca2+进行交联（图1B），然后通过使用5-荧光素-硫醇来表征接枝率，结果表明马来酰胺-藻酸盐的接枝率为40%，红外检测结果也表明马来酰胺的接枝成功（图2A，C），马来酰胺-藻酸盐水凝胶的力学性能可以在7天内保持稳定（图2B）。
接着，研究者就cRGD以及AG73的添加对NPC铺展，黏附的影响进行了检测，结果显示,相比于单独使用cRGD、AG73多肽的组别，同时添加了cRGD、AG73多肽的组别对细胞铺展及黏附的作用更为显著（图3A-D）。荧光染色结果也显示，在添加了cRGD以及AG73的藻酸盐水凝胶上，细胞表现出更大面积的富含有桩蛋白的黏着斑（图3E，H）。磷酸化肌球蛋白轻链2（pMLC）的表达也明显升高（图3F，I），进一步说明，cRGD和AG73多肽的添加可以显著增强NPC的黏附与铺展。
接着，研究者就2D环境下，cRGD以及AG73的加入对NPC中相应的蛋白以及基因表达的影响进行了检测。荧光结果显示，相比于其它组，cRGD/AG73组中NPC的钙黏蛋白以及脑酸可溶性蛋白1（BASP1）的表达明显增高（图4A，B）。PCR的结果显示cRGD/AG73组中ACAN的表达显著升高，而CTGF和COL1A1这两个在退变NPC中高表达的基因则明显下降（图4C），说明cRGD以及AG73的添加，可以维持NPC的活性。
研究者进一步就cRGD以及AG73多肽在3D环境中的作用进行了检测。结果跟2D培养类似，虽然cRGD组中细胞铺展的更好，但是cRGD/AG73多肽修饰的藻酸盐水凝胶中NPC钙粘蛋白表达明显升高以及NPC标志物基因表达明显升高，说明cRGD/AG43多肽修饰的藻酸盐水凝胶在3D环境中也可以较好地维持NPC的表型（图5），且21天时cRGD/AG73组水凝胶仍然可以较好的维持NPC的表型，抑制其衰老的发生（图6）。
细胞外基质（ECM）是确定细胞表型的一个重要参考指标。研究者对培养在水凝胶表面7天以及21天的NPC进行了免疫荧光染色，结果显示相比于其它组，cRGD/AG73组水凝胶上的NPC中COLII以及Aggrecan的表达明显升高，显著促进了ECM的生物合成，进一步表明cRGD/AG73水凝胶可以促进NPC细胞外基质的合成，从而维持其细胞表型。
综上所述，研究者通过点击化学的方法开发了一种新型cRGD/AG73藻酸盐水凝胶，可以在2D、3D的培养环境下促进NPC的细胞外基质的合成并维持其表型。
该研究由来自华盛顿大学的NathanielHuebsch教授团队完成，并于年10月发表于Biomaterials。
论文信息：XiaohongTan,EraJain,MarcosN.Barcellona,EvanMorris,SydneyNeal,MunishC.Gupta,JacobM.Buchowski,MichaelKelly,LoriA.Setton,NathanielHuebsch*.Integrinandsyndecanbindingpeptide-conjugatedalginatehydrogelformodulationofnucleuspulposuscellphenotype.Biomaterials,:.供稿：于启帆审校：袁章琴编辑：魏强预览时标签不可点收录于话题#个上一篇下一篇
