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  細(xì)胞極性確立和極性生長(zhǎng)是細(xì)胞成熟和分化過程中的自然現(xiàn)象。在牙髓組織、神經(jīng)組織等的分化和形成過程中，干細(xì)胞通過細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)組裝與定向作用進(jìn)行有規(guī)律的極性生長(zhǎng)，從而實(shí)現(xiàn)其在不同組織和器官中的功能化。微絲（肌動(dòng)蛋白）細(xì)胞骨架在控制細(xì)胞極性建立和細(xì)胞極性生長(zhǎng)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用，但目前通過超分子手段調(diào)控微絲極性進(jìn)而調(diào)節(jié)細(xì)胞極性的研究尚未見報(bào)道。

  基于人工調(diào)控細(xì)胞極性的設(shè)想，南開大學(xué)劉育教授團(tuán)隊(duì)利用功能化高分子鏈修飾的磁性納米粒子與環(huán)糊精修飾的透明質(zhì)酸（HACD）進(jìn)行超分子組裝（圖1），將組裝體引入到細(xì)胞體系當(dāng)中，成功實(shí)現(xiàn)了磁場(chǎng)誘導(dǎo)下的定向細(xì)胞極性確立和極性延伸。

圖1. MS-ABPAda?HACD 納米組裝體的構(gòu)筑（a）及其介導(dǎo)的細(xì)胞極性調(diào)控（b）

  在該工作中，作者首先對(duì)聚賴氨酸修飾的磁性納米粒子進(jìn)行功能化衍生。一方面，在聚賴氨酸鏈上共價(jià)修飾肌動(dòng)蛋白靶向肽，使磁性納米粒子具有肌動(dòng)蛋白靶向能力；另一方面，在該鏈上共價(jià)修飾疏水性客體金剛烷，便于磁性納米粒子與環(huán)糊精等主體分子進(jìn)行超分子組裝（圖1）。當(dāng)該功能化磁性納米粒子（MS-ABPAda）與牙髓干細(xì)胞進(jìn)行共同孵育時(shí)，由于肌動(dòng)蛋白靶向肽的存在，磁性納米粒子能夠高效靶向細(xì)胞內(nèi)的肌動(dòng)蛋白。

圖2. 人工定向磁場(chǎng)誘導(dǎo)下形成的MS-ABPAda?HACD納米纖維組裝體。（a）納米纖維電子顯微鏡圖；（b）納米纖維光學(xué)顯微鏡圖；（c）納米纖維組裝體形成的速度與磁場(chǎng)強(qiáng)度的相關(guān)性。

  在上述修飾的磁性納米粒子基礎(chǔ)上進(jìn)一步引入環(huán)糊精修飾的多糖高分子鏈（環(huán)糊精修飾的透明質(zhì)酸，HACD）。由于金剛烷分子與環(huán)糊精之間的強(qiáng)親疏水鍵合作用，該組裝體在體外可沿磁場(chǎng)方向形成超分子納米纖維（MS-ABPAda?HACD），并且納米纖維的生長(zhǎng)速度與磁場(chǎng)強(qiáng)度呈正相關(guān)（圖2）。在定向磁場(chǎng)條件下，該組裝體首先發(fā)生解組裝并通過內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞，隨后在細(xì)胞內(nèi)靶向肌動(dòng)蛋白細(xì)胞骨架并重新定向組裝成納米纖維。有趣的是，納米纖維能夠誘導(dǎo)肌動(dòng)蛋白沿磁場(chǎng)方向發(fā)生重新定向，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞沿磁場(chǎng)方向確立極性（圖3）。

圖3. 定向磁場(chǎng)條件下，MS-ABPAda?HACD組裝體通過內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞并誘導(dǎo)細(xì)胞的極性重構(gòu)

該工作不僅首次通過功能化超分子組裝體實(shí)現(xiàn)了對(duì)細(xì)胞極性的調(diào)控，而且為體外精準(zhǔn)調(diào)控細(xì)胞行為提供了新的思路。

以上成果發(fā)表在ACS Applied Materials & Interfaces (2021, DOI：10.1021/acsami.0c19428)上。論文的第一作者為南開大學(xué)化學(xué)學(xué)院博士后張冰，通訊作者為劉育教授。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1021/acsami.0c19428