ACS Appl. Mater. Interfaces(IF=9.229)磁电纳米复合膜调控细胞动态响应促进成骨分化ACS Appl. Mater. Interfaces(IF=9.229)磁电纳米复合膜调控细胞动态响应促进成骨分化 细胞表面整合素与吸附在材料表面的蛋白质相结合，促使细胞感知材料表面的微环境。纤维连接蛋白（FN）是一种材料表面主要的整合素结合锚蛋白，通过感知材料表面性质的变化（如成分、表面形貌和表面电位）来调节其构象。已有研究表明，压电响应、温度响应、光响应等刺激响应材料对增强细胞粘附、增殖和分化有明显的影响。在外加磁场的作用下，压电相的电极化会因磁致伸缩相的变形而改变，从而导致表面电位的变化，聚合物基磁电复合材料因其易成型而受到广泛关注。 浙江大学研究团队在材料科学领域Top期刊ACS Applied Materials & Interfaces在线发表了题为“Harnessing Cell Dynamic Responses on Magnetoelectric Nanocomposite Films to Promote Osteogenic Differentiation”的文章，采用磁致伸缩CFO纳米颗粒与压电材料P(VDF-TrFE)相结合，制备CoFe2O4(CFO)/P(VDF-TrFE)纳米复合薄膜。调节磁场强度及处理时间，探究纳米复合膜在不同时间下的细胞响应，揭示材料表面细胞成骨分化的潜在机制。 （点击左下角阅读原文，直达文献页面）。 1、CFO/P(VDF-TrFE)纳米复合薄膜的制备与表征 2、极化纳米复合膜在不同磁场下的细胞响应 3、蛋白质表达分析及其潜在机制 研究发现 在施加电场使压电P(VDF-TrFE)的电偶极子重新定向后，得到极化纳米复合薄膜。含10%CFO纳米颗粒的复合膜分散性和生物相容性良好，磁电性能最佳。  将细胞于极化纳米复合膜上培养，对应细胞粘附（0−1天），增殖（2−4天）和分化（5−7天）。作为成骨分化的重要标志，MC3T3-E1细胞的碱性磷酸酶（ALP）活性显著增强，极化纳米复合膜在200 mT时为细胞粘附和260 mT时为细胞增殖创造了有利的环境。Runx2、Col-I和OCN的基因表达在磁场环境下的第1、4、7和14天最高，磁场的时间动态调节可以促进MC3T3-E1细胞的成骨分化。  MC3T3-E1细胞于极化纳米复合膜上培养4天后，对其细胞核和F-肌动蛋白进行染色。磁场环境下的细胞具有最大的细胞面积、周长、弗雷特直径以及最低的核质比，磁场的时间动态调节促进了细胞的扩散。  通过整合素介导的FAK/ERK信号通路控制细胞分化，磁场环境下α5、β1、p-FAK和p-ERK在第4天基因表达水平显著提高。当对极化纳米复合薄膜进行磁场的时间动态调节时，α5β1-FN的低亲和力结合状态转变为α5β1-FN的高亲和力结合状态加强了整合素介导的FAK/ERK信号通路。高亲和力结合状态上调下游p-FAK和p-ERK的表达，从而增强成骨相关基因表达和细胞成骨分化。  本研究制备了一种CFO/P(VDF-TrFE)磁电纳米复合膜，纳米复合薄膜的表面电位通过外加磁场进行调节，在200和260 mT磁场环境下MC3T3-E1细胞粘附和增殖状态最佳。磁场环境激活整合素α5β1介导的FAK/ERK成骨分化信号通路，细胞成骨分化作用增强。磁电纳米复合材料利用整合素和吸附蛋白之间的动态结合来调节细胞反应，在细胞生物学领域极具应用潜力。 参考文献 https://doi.org/10.1021/acsami.7b19385 |
