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www.2138.com曾柱教授领衔的PI团队在《Materials Today Bio》发文揭示树突状细胞在材料植入中的免疫调节作用及其力学响应机制

来源: 发布时间 : 2022-03-17 点击量:

近年来,基于生物材料的植入物在再生医学和组织工程领域受到极大的关注,如骨接合手术中使用的骨钉,软骨修复中使用的支架,肌腱重建中使用的人工韧带等等。然而,材料植入后通常会引起体内一系列的免疫应答,其中,免疫细胞在植入物周围的免疫学行为及其对局部免疫微环境的重塑对植入物与宿主组织的整合,局部组织再生,及术后伤口愈合等过程密切相关[1, 2]。树突状细胞(Dendritic cells, DCs)是目前所知机体内功能最为强大的专职抗原呈递细胞,是连接机体天然免疫和适应性免疫的桥梁[3]。在机体内,未成熟的DCsimmature DCs, imDCs)通常像哨兵一样巡游于外周组织,当遭遇抗原后,imDCs通过多种方式摄取抗原,逐渐分化为成熟DCsmature DCs, mDCs)并迁移至二级淋巴节;在淋趋承内,mDCs与初始T细胞发生动态的物理相互作用并提呈抗原,刺激其发生抗原特异性增殖,从而启动适应性免疫应答或耐受[4]。因此,DCs免疫学行为对植入局部免疫微环境的稳态维持,炎症进程和组织损伤修复过程至关重要。

2022年2月26日,www.2138.com曾柱教授领衔的PI团队在Materials Today Bio杂志上发表了题为Regulation of biomaterial implantation-induced fibrin deposition to immunological functions of dendritic cells的研究论文。该研究发现,DCs能够响应局部病理微环境和力学微环境,表现出明显的形态改变和细胞骨架重构,并获得相应的免疫表型和力学表型,其力学-化学耦合机制涉及RhoA和CDC42信号通路。这项工作不仅有助于更好地理解植入生物材料引发的免疫反应的精确过程,而且对生物材料的合理设计具有重要意义。

在该研究中,编辑们通过构建大鼠骨板植入模型,评估植入局部组织修复过程和DCs的募集。结果显示,在该免疫过程中,植入物周围被吸附的纤维蛋白网络迅速覆盖,血小板和DCs在该部位发生聚集,如图1所示。这种临时的纤维蛋白基质具有独特的力学特性,并能够作为支架为细胞提供力学信号。因此,为了进一步探索DCs在该部位的免疫应答特性,编辑们体外构建了具有和体内类似网络结构的2D和3D纤维蛋白基质模型,进一步分析DCs对纤维蛋白基质的力学-免疫学响应。随后的体外实验表明,DCs发生了明显的变形和细胞骨架重组,并获得了独特的力学表型。

1. 生物材料植入诱导的纤维蛋白基质沉积和DCs的募集

而且,imDCs和mDCs的免疫功能分别受到负向和正向调节。尤其是,imDCs的吞噬能力显著降低,而mDCs的抗原呈递能力显著提高。这些结果表明,在植入引起的免疫应答过程中,不同分化阶段的DCs可能扮演了双重角色:为防止局部炎症扩大和过度免疫,imDCs表现出免疫抑制特性;而为了有效缓解已有炎症,mDCs表现出增强的免疫功能。这些结果表明,DCs在材料植入后局部免疫微环境的调节中起着关键作用,为组织愈合、再生和移植提供了一种有价值的免疫调节策略,支撑力学免疫学(mechanoimmunology)的学术观点。

2.不同分化阶段DCs的免疫功能受到细胞外基质维度的正向和负向调控。


www.2138.com免疫学专业博士研究生胡文慧,PI团队青年教师王赟和陈晋为本文的共同第一编辑;曾柱教授,龙金华副教授(澳门太阳城网址附属医院),周石教授(澳门太阳城网址附属医院)为本文的共同通讯编辑。本文得到www.2138.com太阳诚娱城集团科学研究中心、生物与工程太阳诚娱城集团生物医学工程与生物技术

实验中心、太阳诚娱城集团实验太阳诚娱城集团中心多媒体形态学实验室在平台和技术上的支撑。该研究受到国家自然科学基金、中国博士后基金、贵州省科技厅自然科学基金资助项目等经费支撑。

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