创伤、疾病和先天性功能障碍往往会导致严重的组织炎症，甚至是器官丧失。利用内源再生能力来调节功能性组织再生是一种促进受损组织功能恢复的有效办法。细胞外基质(extracellular matrix, ECM)是细胞微环境最重要的组成部分之一，为干细胞再生和分化提供多种物理和化学线索。然而，天然ECM作为植入材料，其力学性能较弱且降解速度快，这极大地限制了其实际应用。
四川大学魏强研究员团队设计了一种简单而有效的方法，只需使用明胶水凝胶将细胞粘合下来，便可将它们的ECM作为涂层留在各种合成材料的表面。与传统的细胞裂解法相比，通过该方法所获得的ECM涂层显示出更少的细胞碎片残留。并且粘合后的细胞层可在转移到新的环境后进行再培养和再利用。相关工作以“A cell retrievable strategy for harvesting extracellular matrix as active biointerface”为题发表在《Journal of Materials Science & Technology》上。
具体内容如下：
传统的细胞裂解等脱细胞方法往往会导致大量细胞内物质和细胞碎片的残留，限制细胞粘附，导致组织再生不足，同时细胞裂解液等生化试剂也会对细胞产生毒性。在此，通过利用明胶水凝胶与细胞层之间的黏附作用，便可将整个细胞层从基底上粘合下来，并将它们的ECM作为涂层留在基底表面（图1）。该方法操作温和，没有化学试剂的使用，有效避免了对细胞的损伤。
图1. ECM涂层的制备方案。
不同材料界面上ECM涂层的I型胶原染色表明ECM涂层成功地在这些表面生成（图2）。说明通过该方法所获得的ECM涂层具有良好的普适性，可以在各种合成材料的表面稳定存在。
图2. 不同材料界面的ECM涂层示意图。
进一步对不同类型细胞ECM涂层的物理化学性质进行表征，发现不同类型细胞的ECM涂层在硬度，化学组成，水合质量等方面存在明显差异（图3）。这些差异会导致ECM在组织发育和修复中发挥不同的特性。因此，有必要从不同的细胞中制备ECM涂层，以用于不同的组织再生应用。
图3. ECM涂层的表征。
进一步探究了回收细胞层的细胞活力，并将该方法所获得的ECM涂层同传统的裂解方法所得到的ECM涂层进行对比。结果表明，该方法粘合和转移的操作比较温和，可以保持细胞的完整性，不会影响细胞活力；而细胞裂解的方法由于直接分解了细胞膜，在脱细胞后的ECM上会存在细胞残基杂质（图4）。
图4. 细胞层的重复使用效果图。
研究细胞在对应ECM涂层上的粘附情况发现，与空白玻片相比，有ECM涂层存在的玻片对早期细胞粘附有促进作用，这从细胞铺展面积、细胞圆度和黏着斑大小等方面得到了证明 (图5)。
图5. ECM涂层上的细胞粘附示意图。
进一步研究不同类型的功能细胞(MC3T3、L929和HUVEC)产生的ECM涂层对干细胞分化的影响。结果证实了功能性ECM涂层具有天然的生物物理和生物化学因素，可以指导干细胞向ECM涂层对应的细胞类型分化（图6）。这项技术在组织再生和其他相关生物医学领域显示出巨大的潜力。
图6. ECM涂层上的干细胞分化示意图。
文章的第一作者是四川大学硕士研究生董翔宇，通讯作者为魏强研究员和赵长生教授。