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分析人报道本课题组工作《热等离子体效应调控线粒体代谢状态促进牙髓干细胞定向分化》
发布时间:2022-07-21

组织工程对于受损组织的修复以及组织的重构和再生具有广泛的应用前景。干细胞因其独特的生物学特性,因此在组织工程和再生医学方面具有重要的应用价值。牙髓组织工程是恢复病变或损伤牙生物学功能最有前途的治疗策略之一。牙髓干细胞被认为是多能间充质干细胞,具有很强的多向分化能力,在牙根组织的再生中具有重要的作用。因此调控牙髓干细胞进行定向分化对牙组织的重建和再生具有重要临床意义。

近期,中国科学院长春应用化学研究所金永东研究员团队首次报道了利用热等离子体效应去调控线粒体的膜电位来驱动能量的升高实现牙髓干细胞快速向成骨方向分化。相关成果以“Thermoplasmonic Regulation of the Mitochondrial Metabolic State for Promoting Directed Differentiation of Dental Pulp Stem Cells”为题发表在国际分析化学权威杂志Analytical Chemistry上(DOI:10.1021/acs.analchem.2c00288

该研究团队利用表面修饰的方法成功制备了线粒体靶向的等离子体探针。将该纳米探针与牙髓干细胞孵育,实现等离子体纳米探针靶向线粒体,然后利用650 nm 激光照射细胞,每天照射10分钟,连续照射5天实现牙髓干细胞的快速分化。通过油红和茜素红染色可以初步验证牙髓干细胞向成骨方向分化。为了进一步证明这种现象,我们采用免疫荧光的方法发现细胞内的ALP和DSPP以及钙离子的水平随着刺激时间的延长出现明显的上调。这些实验结果证实了,这种方法可以促进牙髓干细胞向成骨方向分化。

为了揭示其分化机制,我们验证了线粒体靶向探针在光照条件下,温度升高,并且纳米探针具有明显的电磁场效应,这促进了线粒体膜电位的升高,进一步驱动能量升高,有效的促进了牙髓干细胞的分化。同时利用该纳米探针揭示了线粒体原位指纹信息的变化,深入阐述其相关的分化机制。

热等离子体效应调控线粒体代谢状态促进牙髓干细胞定向快速分化。

(来源:Anal. Chem.)

该研究团队近年来一直致力研究等离子体效应如何调控细胞分化以及机制。利用细胞核等离子体纳米探针揭示了药物刺激牙髓干细胞分化过程中细胞核内指纹信息的变化和相关的机制(Anal. Chem. 2020, 92, 5, 3735–3741)。近期该研究团队将MC3T3-E1细胞培养在2D有序的等离子体纳米薄膜,通过光等离子体效应实现了细胞的快速分化和增殖。(Anal. Chem. 2022, 94, 23, 8354–8364)



我们提出了一种简便、有效的热等离子体方法,通过线粒体靶向探针调节线粒体代谢状态,促进牙髓干细胞快速定向分化。该工作为调节干细胞的快速分化提供了新的思路。完成该工作的第一作者是吉林大学口腔医院王家凤博士,通讯作者是中国科学院长春应用化学研究所的助理研究员齐国华博士和金永东研究员。该工作受到国家自然科学基金 (22004117),中科院特别研究助理择优资助项目,吉林省科技发展计划项目(jcsz2020304-14; 20200201318JC)和吉林省财政厅项目支持(2018170-2)。



(文章来源:分析人微信公众号)