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  細胞在材料或生物基底表面的遷移在許多生命進程以及材料植入后的組織再生等過程中至關重要。丁建東教授課題組曾運用表面納米圖案化技術，揭示了基底表面配體的納米間距對細胞黏附的影響規律。最近，課題組運用該項技術，進一步研究并闡述了基底表面配體的納米間距對細胞遷移的影響，并發現在中等黏附程度下細胞的遷移得到顯著提升。

  通過運用嵌段共聚物膠束自組裝納米刻蝕技術獲得金的點陣，然后鍵接精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸（RGD）多肽（圖1），丁建東教授課題組制備了系列RGD納米陣列。該圖案化表面可實現對細胞表面整合素及其間距在納米級別的調控，以揭示材料表面配體的納米間距對細胞黏附和遷移的影響。

圖1  納米陣列的圖案化材料 (上方為一個典型的原子力顯微鏡圖片，下方為系列的場發射掃描電子顯微鏡圖片)

  丁建東教授課題組運用此技術探索了人臍靜脈內皮細胞（HUVEC）在31-125 nm納米間距的表面上黏附和遷移行為。在證實細胞的黏附隨著納米間距的增大而單調變弱的同時，發現細胞的遷移速率呈現一個先增強后減弱的非單調趨勢，并在91nm組時達到最大值、且顯著高于沒有任何納米修飾的表面。無論是單細胞遷移還是群體遷移都顯示了相似的規律（圖2）。

圖2  細胞在RGD納米圖案化表面的遷移： (A) 單個細胞在91nm間距表面的12小時的活細胞遷移情況；(B) 與不同納米間距相應的單細胞遷移軌跡； (C) 運用模型統計細胞遷移速率； (D) 使用劃痕實驗考察細胞在不同RGD納米間距下的集體遷移情況； (E) 對劃痕中的細胞數目作統計；(F) 對中位細胞的遷移速率作統計，以此來表征細胞在不同配體納米間距下的群體遷移的速率。

  丁建東教授課題組還運用了RT-PCR、G-LISA、Western blot等基因和蛋白質表達的檢測從分子水平探索造成這種遷移速率差異的原因（圖3）。結果表明，隨著納米間距的增大，與細胞骨架中的張力絲動態變化速率相關的基因及對應的蛋白Cdc42、Rac1、RhoA的表達呈現出先升高、再降低的趨勢，并與細胞遷移的速率變化相一致。這說明了配體納米間距調控了細胞骨架中的張力絲的動態變化速率。

圖3 與張力絲動態變化相關的基因的RT-PCR和G-LISA表征結果

  該基礎研究表明，細胞的遷移與黏附既有一定聯系，也遵循不同的規律；合適的表面納米修飾可導致細胞遷移顯著快于或者慢于未進行納米修飾的表面。這些發現對今后如何設計生物材料表面使其加快或抑制細胞遷移具有一定的指導意義。

  以上相關成果發表在Biomaterials上。Qiong Liu#, Shuang Zheng#, Kai Ye, Junhao He, Yang Shen, Shuquan Cui, Jiale Huang, Yexin Gu, Jiandong Ding*, Cell migration regulated by RGD nanospacing and enhanced under moderate cell adhesion on biomaterials, Biomaterials 263, art. No. 120327 (2020)。論文的共同第一作者是復旦大學高分子科學系、聚合物分子工程國家重點實驗室博士后劉瓊博士、博士生鄭爽，通訊作者為該國重主任丁建東教授。

  論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961220305731