2020年《Nature》水凝胶5篇文摘回顾

【Paper 1】

细胞微环境的机制通过细胞骨架重塑和肌动球蛋白收缩力连续调节细胞功能，例如生长，存活，凋亡，分化和形态发生。尽管所有这些过程都消耗能量，但尚不清楚细胞是否以及如何使它们的代谢活性适应各种机械提示。2月，美国UT西南医学中心Christoph J. Burckhardt和Gaudenz Danuser教授团队在《Nature》上发表了Mechanical regulation of glycolysis via cytoskeleton architecture的文章。他们报道人支气管上皮细胞从硬质基质向软质基质(胶原蛋白水凝胶)的转移通过限速代谢酶磷酸果糖激酶(PFK)的蛋白酶体降解而引起糖酵解下调。PFK降解是由应力纤维的分解触发的，应力纤维的释放释放了靶向PFK的E3泛素连接酶三重基序(TRIM)的蛋白21(TRIM21)。转化后的非小细胞肺癌细胞，无论环境机制如何变化，都能维持较高的糖酵解速率，并通过下调TRIM21以及将残留的TRIM21螯合在对底物刚度不敏感的应力纤维子集上来保留PFK表达。数据揭示了糖酵解对肌动球菌细胞骨架的结构特征作出反应的机制，从而将细胞代谢耦合到周围组织的机械特性。这些过程使正常细胞能够在可变的微环境中调节能量产生，而尽管受到肿瘤组织的不断变化，细胞骨架对机械信号的抵抗仍能使高糖酵解速率持续存在于癌细胞中。参考:doi.org/10.1038/s-020-1998-1。

【Paper 2】

诸如骨头，牙齿和软体动物壳之类的生物材料以其出色的强度，模量和韧性而闻名。这样的性质归因于在延展性有机基质内的无机增强纳米填料，尤其是二维纳米片或纳米片的精细的层状微观结构。受这些生物结构的启发，已经采用了多种组装策略(包括逐层，浇铸，真空过滤和使用磁场)来开发层状纳米复合材料。然而，如何以通用，可行和可扩展的方式生产超强层状纳米复合材料仍然是一个悬而未决的问题。4月，Nature杂志发表了Layered nanocomposites by shear-flow-induced alignment of nanosheet北京航空航天大学化学学院刘明杰教授课题组在超强材料方面的最新研究成果“。赵创奇博士、张鹏超博士、周嘉嘉副教授为第一作者。作者提出一种策略，在不混溶的水凝胶/油界面处，利用剪切流诱导的二维纳米片的排列，生产具有高度有序的层状结构的纳米复合材料。例如，基于氧化石墨烯和粘土纳米片的纳米复合材料显示的拉伸强度高达1,215±80兆帕斯卡，杨氏模量为198.千兆帕斯卡，分别比天然珍珠母高9.0和2.8倍。珍珠)。当使用粘土纳米片时，所得的纳米复合材料的韧性可以达到每立方米36.兆焦耳，是天然珍珠母的20.4倍。同时，抗张强度为1,195±60兆帕。定量分析表明，排列良好的纳米片形成了关键的中间相，这导致了观察到的机械性能。我们认为，我们的策略可以很容易地扩展以对齐各种二维纳米填料，可以应用于各种结构复合材料，并导致高性能复合材料的发展。参考:doi.org/10.1038/s-020-2161-8。

【Paper 3】

在重建手术中已经利用了皮肤响应拉伸而生长的能力。尽管已经在体外研究了表皮细胞对拉伸的反应，但尚不清楚机械力如何影响其在体内的行为。7月，英国剑桥大学Benjamin D. Simons和比利时布鲁塞尔自由大学CédricBlanpain教授团队团队在《Nature》上发表了题为''Mechanisms of stretch-mediated skin expansion at single-cell resolution''一文。他们开发了一种小鼠模型，其中可以在单细胞分辨率下研究皮肤表皮拉伸的后果。揭示了皮肤在拉伸时进行扩张的机制，将努力利用这些机制促进伤口愈合或刺激组织扩张。该课题组在小鼠模型的皮肤下注入了一种约会了一种自充气水凝胶来对皮肤进行扩张。这就好比模拟橡皮在外力作用下能够收缩一样，通过将膨胀水凝胶的体积”拉扯”皮肤来增加死亡率。结果发现，扩张后的前两天，小鼠的表皮细胞体积增加而细胞密度降低，甚至恢复回落值。这表明皮肤可以感知外界压力，从而导致压力做出适应性的调整。使用将克隆分析与定量建模和单细胞RNA测序相结合的多学科方法，表明拉伸可通过在表皮干细胞的更新活性中产生瞬时偏倚来诱导皮肤扩张，而基础祖细胞的第二个亚群仍致力于分化。转录和染色质分析可以确定如何通过拉伸调节细胞状态和基因调控网络。使用药理抑制剂和小鼠突变体，作者定义了在体内以单细胞分辨率控制拉伸介导的组织扩张的逐步机制。参考:doi.org/10.1038/s-020-2555-7。

文章来源：《中国农业文摘农业工程》 网址: http://www.zgnywznygc.cn/zonghexinwen/2021/0214/601.html