他，两院院士，一年狂发3篇Nature Materials！

奇物论

2023-01-16

近期，奇物论联合纳米人编辑部对2022年国内外重要科研团队的代表性成果进行了梳理，今天，我们要介绍的是哈佛大学的David J. Mooney院士课题组。

David J. Mooney，博士毕业于麻省理工学院，师从Robert Langer院士和器官芯片大牛Donald Ingber，目前是哈佛大学Wyss研究所的核心教员，该课题组已发表了400多篇文章，并获得了多项专利，其中多项已获得公司许可，从而获得成功的商业产品。

下面是该课题组在2022年期间发表的代表性研究成果，供大家学习和交流~

1. Nature Reviews Chemistry：为细胞培养设计水凝胶的化学策略

近日，哈佛大学David J. Mooney院士等人在Nature Reviews Chemistry上综述了设计用于细胞培养的水凝胶的化学策略的相关进展。

作者概述了被认为对细胞培养模型很重要的天然ECM的生化和生物物理特性。还介绍了如何制造水凝胶来模拟 ECM，并根据分子结构如何调节本体水凝胶特性的基础研究，讨论控制其特性的基本设计标准和化学策略。此外，作者还重点介绍了当前最先进的工程水凝胶，以及动态控制细胞培养水凝胶特性的最新进展，并讨论了新合成方法开发新水凝胶系统的机会，这些水凝胶系统甚至更能模拟天然ECM。

Lou, J., Mooney, D.J. Chemical strategies to engineer hydrogels for cell culture. Nat Rev Chem (2022).

https://doi.org/10.1038/s41570-022-00420-7

2. Nature Materials：活性组织粘合剂激活机械传感器并防止肌肉萎缩

肌肉萎缩是由身体缺乏活动或去神经支配引起的，也是对禁食和各种疾病（包括癌症相关恶病质和糖尿病）的系统反应。在萎缩的进展过程中，由于肌原纤维和可溶性蛋白质的加速降解以及新蛋白质的合成减少，导致肌肉质量下降，导致肌肉无力和残疾增加。虽然可以通过运动来预防或减缓肌肉萎缩，但这通常是不可行的（例如，对于卧床休息的患者）。因此，肌肉萎缩的有效对策通常仍代表着未满足的临床需求，而机械刺激的递送可能是替代或补充治疗。虽然已经提出机械疗法（例如，按摩疗法）来缓解肌肉萎缩，但尚未探索机械拉伸或收缩的影响。

鉴于此，哈佛大学David J. Mooney院士等人开发了一种具有机械活性的凝胶-弹性体-镍钛诺组织粘合剂(mechanically active gel–elastomer–nitinol tissue adhesive, MAGENTA)，它可以牢固地附着在骨骼肌上，并以所需的强度和频率提供模拟肌肉收缩的刺激。

MAGENTA由一个形状记忆合金弹簧和一个粘合剂组成，该弹簧能够使致动达效率到40%的应变，研究证实该粘合剂能够有效地将致动传递到目标组织；MAGENTA激活了涉及YES相关蛋白和肌钙蛋白相关转录因子的机械感应通路，以这些通路变化和因子的上调，协同影响并增加了肌肉蛋白质合成的速率； 与未经治疗的肌肉相比，用MAGENTA治疗的受损肌肉展现出了更大的尺寸和重量，并产生更高的机械力，即证实该疗法对肌肉萎缩的预防作用，从而表面MAGENTA在治疗肌肉萎缩和再生医学方面具有广阔的应用前景。

Nam, S., Seo, B.R., Najibi, A.J. et al. Active tissue adhesive activates mechanosensors and prevents muscle atrophy. Nat. Mater. (2022).

DOI: 10.1038/s41563-022-01396-x

https://doi.org/10.1038/s41563-022-01396-x

3. Nature Materials：基质粘弹性控制时空组织的组装行为

刚度在组织组织中的作用已被广泛研究。然而，基质的粘度与弹性在组织反应中的作用尚不清楚，尽管ECM的时变粘弹性特性越来越被认为是形态发生的重要因素。事实上，基质粘弹性已被证明可以调节单细胞行为，但尚不清楚它如何调节集体行为。因此，组织组织预计会受到基质的粘弹性性质的影响，基质的行为从弹性固体状响应变化到液体状粘性响应，应力松弛时间范围从一秒到几百秒。

有鉴于此，哈佛大学David J. Mooney、L. Mahadevan等报道组装有乳腺上皮细胞球状组织的具有被动粘弹性基质能够起到诱导组织在时间/空间尺度的增值行为。

基质的粘弹性导致打破扁球体的对称性，形成侵入式指状突起，以Arp2/3-复合物有关的YAP核易位和上皮-间质转分化过程在体内和体外都能够发生。通过对这些过程计算建模，作者建立了基质的粘弹性、组织粘度、细胞运动、细胞分裂率之间的相互关系，进一步通过生化测定以及肠道器官进行体外实验的方式验证其关系。总之，这项工作展示了组织生长过程中的应力松弛机制。

Elosegui-Artola, A., Gupta, A., Najibi, A.J. et al. Matrix viscoelasticity controls spatiotemporal tissue organization. Nat. Mater. (2022)

https://www.nature.com/articles/s41563-022-01400-4

4. Nature Materials：机械检查点调节纤维化环境中的单核细胞分化

骨髓纤维化是一种与单核细胞增多症相关的进行性骨髓恶性肿瘤，被认为会促进细胞外基质的病理重塑。鉴于此，哈佛大学David J. Mooney和丹娜法伯癌症研究院Kai W. Wucherpfennig等人表明骨髓纤维化的机械特性，即骨髓的液-固特性（粘弹性），有助于单核细胞的异常分化。

与在粘弹性基质中培养的单核细胞相比，在坚硬的弹性水凝胶中培养的人类单核细胞表现出促炎极化和向树突状细胞的分化。这种机械诱导的细胞分化通过抑制磷脂酰肌醇3-激酶的髓样特异性亚型PI3K-γ来阻断。

研究人员进一步表明，骨髓纤维化的小鼠骨髓硬度显著增加，并揭示了骨髓纤维化分级和粘弹性之间的正相关。在体内用PI3K-γ 抑制剂治疗降低了骨髓纤维化小鼠骨髓中单核细胞和树突状细胞群的频率。此外，由粘弹性驱动的转录变化与其他人类纤维化疾病中骨髓细胞的转录谱一致。这些结果表明，纤维化的骨髓环境可以物理促进促炎微环境。了解组织粘弹性在骨髓谱系定型和单核细胞分化中的作用可能会更广泛地影响纤维化和促炎性疾病的治疗。

Vining, K.H., Marneth, A.E., Adu-Berchie, K. et al. Mechanical checkpoint regulates monocyte differentiation in fibrotic niches. Nat. Mater. (2022).

6. AFM: 产生强烈和可调抗体反应的支架疫苗

在急诊医学中，血液乳酸是乏氧(如败血症、创伤和心脏骤停)的常用生物标志物。然而，目前临床乳酸测试采集结果所需的平均时间为3小时。有鉴于此，哈佛大学David J. Mooney等人基于囊泡室中的两步酶级联反应开发了一种近红外荧光血液乳酸检测方法。

本文要点：

（1）为了建立一个即时测试系统，研究者对这个检测方法进行了优化，并在健康志愿者的新鲜毛细管血液中（经机构审查委员会批准的研究）进行了验证，同时也改进了该制剂的稳定性。研究表明，外部pH和腔内的酶浓度是该传感器响应和动力学的关键参数，它们能够影响乳酸跨膜扩散和周转的速率。

（2）实验对制剂的制备过程进行了简化，并提高了其稳定性，使其可以在4℃下贮存至少5天。实验结果表明，该制剂可在临床相关范围内对添加乳酸的人血表现出显著的线性响应，并能够在2分钟内对新鲜毛细血管中处于临床界限标准的乳酸值进行准确定量。综上所述，该研究能够为开发快速、简易的临床乳酸含量测定方法提高新的参考。

Simon Matoori. et al. Development of a liposomal near-infrared fluorescence lactate assay for human blood. Biomaterials. 2022

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0142961222001144