牛人PNAS发现新筛选方法 指导干细胞分化

　　

生物通报道：来自美国西北大学等处的研究人员发表了题为“Scanning Probe-Enabled Nanocombinatorics Define the Relationship Between Fibronectin Feature Size and Stem Cell Fate”的文章，发展了一种强大的分析方法，用于指导干细胞分化，相关成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

领导这项研究的是被称为纳米牛人的西北大学Chad A. Mirkin教授，他表示，“随着更深入的发展，研究人员也许能利用这一新技术，准备任何需要的细胞系的细胞”，“而且对于这一过程的深入了解，也有助于解析癌症发生，以及发展新型抗癌治疗方法”。Mirkin教授是美国科学院、医学院、工程院三院院士，美国总统奥巴马的科技顾问，其研究工作集中在纳米生物与纳米化学领域。

干细胞是一类具有多能性的细胞，它们能分化为特定细胞如血细胞、神经细胞，当然也可以选择保持多潜能性，即维持其多向发育潜能及在不分化状态下的对称性细胞分裂能力。由于干细胞在临床和基础研究方面的重要意义，因此一直倍受科学家们的关注。

在这篇文章中，Mirkin教授等人利用一种称为纳米组合（nanocombinatorics）的方法，构建了包括从几纳米到微米不同尺寸的大型文库，可以用于解决生物学内部和外部的问题。这种技术还可以用于化学，材料工程学，以及纳米科学多方面，评估不同大小，形状和组成的化学和物理结构。

这种新型分析方法的基础是西北大学开发的polymer pen lithography（聚合物笔平版印刷术），这种技术能利用微小的聚合物制成的笔阵列以从纳米观到宏观的分辨率在大面积上进行印刷。

这项研究中，研究人员利用自然细胞环境中的蛋白结合分子，比如纤维连接蛋白（fibronectin），这种蛋白能在不同的模式中结合蛋白，是一种细胞黏合蛋白。研究人员快速获取了大范围内上百万的特征，构建成文库，这一文库中包含有大约一万个纤维连接蛋白模式，2500万个包括尺寸特征。

之后研究人员引入了间充质干细胞(MSCs)，这是属于中胚层的一类多能干细胞，主要存在于结缔组织和器官间质中，以骨髓组织中含量最为丰富。

Mirkin教授说，“我们在文库中分析细胞样品，看看到底会发生什么”，结果他们发现了干细胞分化的区域，和不分化的区域，纳米特征，尤其是直径为300纳米的蛋白点，比更大尺寸的蛋白点更有可能分化成骨样细胞。

这对于指导干细胞分化具有重要意义，下一步研究人员还将把这一方法应用到更多重要的生物事件中，比如加速催化反应等。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Scanning Probe-Enabled Nanocombinatorics Define the Relationship Between Fibronectin Feature Size and Stem Cell Fate

We report the development of a powerful analytical method that utilizes a tilted elastomeric pyramidal pen array in the context of a scanning probe lithography experiment to rapidly prepare libraries having as many as 25 million features over large areas with a range of feature sizes from the nano- to microscale. This technique can be used to probe important chemical and biological processes, opening up the field of nanocombinatorics. In a proof-of-concept investigation of mesenchymal stem cell (MSC) differentiation, combinatorial patterns first enabled a rapid and systematic screening of MSC adhesion, as a function of feature size, while uniform patterns were used to study differentiation with statistically significant sample sizes. Without media containing osteogenic-inducing chemical cues, cells cultured on nanopatterned fibronectin substrates direct MSC differentiation towards osteogenic fates when compared to nonpatterned fibronectin substrates. This powerful and versatile approach enables studies of many systems spanning biology, chemistry, and engineering areas.

作者简介：

Chad A. Mirkin教授是美国科学院、医学院、工程院三院院士，美国总统奥巴马的科技顾问，现任美国西北大学化学系、医学系以及材料工程系教授，兼任纳米技术国际研究所所长，纳米科学杂志Small的主编。其研究工作集中在纳米生物与纳米化学领域，曾获多项国际重要奖项。作为中科院爱因斯坦讲座教授，Mirkin教授本次来京分别对中科院高能所、化学所以及北京大学进行了学术访问。