做人要腳實地，那么細胞生活在材料界面上又如何？
人類干細胞能夠感受細胞外基質(zhì)的物理因素，并因此而調(diào)節(jié)細胞內(nèi)部的基礎(chǔ)生理現(xiàn)象 ，此為再生醫(yī)學(xué)及生物材料的設(shè)計奠定基礎(chǔ)。近年不少文獻設(shè)計不同材料表面的黏附配體的表達性來調(diào)控細胞感受到的外部環(huán)境，如光學(xué)性 (紫外線、近紅外線等)，化學(xué)性(電化學(xué)，超分子結(jié)構(gòu)操控)及生物學(xué)性(如酶的應(yīng)用)等手段，令其整合為細胞內(nèi)的物理化學(xué)信號，通過信號的傳遞和轉(zhuǎn)導(dǎo)最終改變細胞的功能和相關(guān)基因表達？墒牵C合以上的手段都有一定機率直接或間接地干涉細胞生理上的反應(yīng)，令其研究的各種因素不能完全排除以上附加的影響性，故一個非極端的磁控的平臺能符合不干涉細胞又能輕易穿透材料以控制內(nèi)部反應(yīng)的條件。
香港中文大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系邊黎明教授課題組首次透過聚乙二醇 (PEG) 鏈把載有整聯(lián)素配體 (RGD) 超順磁性納米粒子 (MNP) 修飾在材料的平面上，因此能簡單并無接觸地利用動/靜態(tài)磁場控制黏附配體的微觀尺度的動態(tài)呈現(xiàn)，及其與細胞整聯(lián)素的作用，從而進一步有效調(diào)節(jié)了人骨髓間充質(zhì)干細胞（hMSCs）于材料表面上的黏附性、鋪展性及骨分化性，此材料更被殖入了老鼠皮下進行研究并得到與平面研究的相似結(jié)果，證明其應(yīng)用性適用于體內(nèi)。這些發(fā)現(xiàn)對生物材料表面的設(shè)計提供了有益的參考。
圖1. 透過特長而柔韌的PEG鏈連載有RGD的MNP到基質(zhì)上，MNP受著磁場吸力(+Mag)下，限制了RGD的鏈接移動性。沒有磁場吸引(-Mag)RGD則有著高度移動性
圖2. 研究結(jié)果的概括圖。a) -Mag令載有RGD的MNP有著高度鏈接移動性，hMSCs因此沒有穩(wěn)定的黏附狀態(tài)，不利力學(xué)信號的傳遞和轉(zhuǎn)導(dǎo)。b) +Mag則限制RGD的移動性，促使hMSCs穩(wěn)定地黏附在表面上，有利形成黏合斑和力學(xué)信號的傳遞和轉(zhuǎn)導(dǎo)
如圖1-2所示，受磁力吸引下，系鏈柔軟度會大大降低，細胞便能「踏實」地黏附在表面上，促進生成黏合斑和F-肌動蛋白，達到良好鋪長并提高物理力學(xué)的傳遞和轉(zhuǎn)導(dǎo)，有利于骨分化；高系鏈柔軟度則反之亦然。
圖3. 動態(tài)磁場控制hMSCs黏附配體與整聯(lián)素的互動振幅頻率，0.1 Hz 促進黏附等穩(wěn)定性，2 Hz或以上的振幅頻率則會抑制其效果
圖4. 動態(tài)磁場控制巨噬細胞的黏附配體與整聯(lián)素的互動振幅頻率，0.1 Hz 能有效地誘導(dǎo)其M2的極化，2 Hz或以上的振幅頻率則會令其向M1的極化
在動態(tài)方面，因利用了動態(tài)磁場而控制黏附配體與整聯(lián)素的互動振幅頻率，其研究展示振幅頻率為0.1 Hz竟有利于上述的細胞－材料界面的黏附、等特性，2 Hz或以上的振幅頻率則會抑制其效果（圖3）。隨后此動態(tài)納米平臺更應(yīng)用于巨噬細胞的極化與黏附配體振幅頻率的關(guān)系，并發(fā)現(xiàn)低頻率(0.1 Hz)能誘導(dǎo)巨噬細胞趨向于M2極化，高頻率(≥2 Hz)則有利M1的極化，其結(jié)果在體外和體內(nèi)皆相同（圖4）。此創(chuàng)新的磁控納米平臺對研究細胞與材料表面的相互作用提供了簡單有效的工具。
相關(guān)結(jié)果皆于2017年分別發(fā)表在a) Nano Letters，以邊黎明教授課題的博士生王兆康和博士后黎錦明為共一作者；b) ACS Nano ，以博士后 Heemin Kang和博士生王兆康為共一作者；及c) Nano Letters，以博士后Heemin Kang和西北大學(xué)(North Western University) Vinayak Dravid授課組的博士后Sungkyu Kim共一作者。
論文詳見：
a) ＋Wong, S.H.D.; ＋Li, J.; Yan, X.; Wang, B., Zhang, L.; *Bian, L. Magnetically tuning tether mobility of integrin ligand regulates adhesion, spreading, and differentiation of stem cells. Nano Letters, 2017; 17 (3), 1685-1695
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.6b04958
b) ＋Kang, H.; ＋Wong, S.H.D.; Yan, X.; Jung, H.J.; King, S.K.; Lin, Si.; Wei, K.; Li, G.; *Dravid, V.; *Bian, L. Remote control of multi-Modal nanoscale ligand oscillations regulates stem cell adhesion and differentiation". ACS Nano, 2017 August
http://europepmc.org/abstract/MED/28841292
c) ＋Kang, H.; ＋Kim, S.; Wong, S.H.D.; Jung, H.J.; Lin, Si.; Zou, K.; Li, R.; Li, G.; *Dravid, V.; *Bian, L. Remote manipulation of ligand nano-oscillations regulates adhesion and polarization of macrophages in vivo. Nano Letters, accepted, 2017 September
http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.nanolett.7b03405
邊黎明教授課題組簡介：
邊黎明教授課題組長期致力于生物材料與組織工程的相關(guān)研究。以透明質(zhì)酸、明膠等天然高分子為基礎(chǔ)，開發(fā)了一系列具有良好力學(xué)性能和生物兼容性的功能化水凝膠，亦關(guān)注了水凝膠的生物活性及其在再生醫(yī)學(xué)中的重要應(yīng)用。與此同時，課題組基于多種納米材料，研發(fā)了用于基因/藥物傳遞和分子成像的新體系，在調(diào)控干細胞分化和研究細胞-材料相互作用等領(lǐng)域取得諸多新進展。近期代表性工作有：
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Zhang, K.; et. al. Self-assembled injectable nanocomposite hydrogels stabilized by bisphosphonate-magnesium (Mg2+) coordination regulates the differentiation of encapsulated stem cells via dual crosslinking. Advanced Functional Materials. 2017, June.
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Feng, Q. et. al. Mechanically resilient, injectable, and bioadhesive supramolecular gelatin hydrogels crosslinked by weak host-guest interactions assist cell infiltration and in situ tissue regeneration. Biomaterials, 2016.
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Wei, K. et. al. Robust biopolymeric supramolecular “Host-Guest Macromer” hydrogels reinforced by in situ formed multivalent nanoclusters for cartilage regeneration. Macromolecules,2016.
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Zhu, M. et. al. Hydrogels functionalized with N-cadherin mimetic peptide enhance osteogenesis of hMSCs by emulating the osteogenic niche. Biomaterials, 2016.
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Li, J. et. al. Photo-controlled siRNA delivery and biomarker-triggered AIEgen emission by upconversion NaYF4:Yb3+Tm3+@SiO2 nanoparticles for inducing and monitoring stem cell differentiation. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017.
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Xu, J. et. al. Nanocarrier-mediated codelivery of small molecular drugs and siRNA to enhance chondrogenic differentiation and suppress hypertrophy of human mesenchymal stem cells. Advanced Functional Materials. 2016.
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+Xu, Y. et. al. Preserving the adhesion of catechol-conjugated hydrogels by thiourea-quinone coupling. Biomaterials Science, 2016,
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Choi, C.K.; et. al. Substrate coupling strength of integrin-binding ligands modulates adhesion, spreading, and differentiation of Human mesenchymal stem cells. Nano Letters, 2015 Oct.
邊黎明教授課題組主頁：http://www.bme.cuhk.edu.hk/lbian/
