综述：生物材料介导的细胞图谱：单细胞与空间转录组学的视角

这篇综述创新性提出"生物材料介导细胞图谱"(BCA)概念，系统阐述单细胞RNA测序(scRNA-seq)和空间转录组学在解析细胞-材料相互作用中的突破性应用。文章详述了BCA在生物安全性评估、材料活性调控及免疫微环境重塑三大方向的价值，通过48项研究案例揭示了CD93+内皮祖细胞、CXCL13+成纤维细胞等关键细胞亚群在组织再生中的作用，为设计靶向PI3K-Akt、Notch等通路的智能生物材料提供理论框架。

　　

生物材料介导的细胞图谱：解码细胞-材料对话的新维度

引言

生物材料作为合成结构与生命系统的桥梁，其与宿主细胞的相互作用机制长期未明。传统批量分析方法难以捕捉细胞异质性，而单细胞和空间转录组技术的融合正颠覆这一认知。

生物材料介导细胞图谱的构建

基于人类细胞图谱(HCA)框架延伸的BCA概念，通过scRNA-seq在单细胞分辨率下绘制材料诱导的基因表达谱。该图谱揭示：GelMA水凝胶交联度通过调控M1-M6巨噬细胞亚群平衡影响伤口愈合；钛-多巴胺-一氧化碳(Ti-DOPA-CO)涂层通过PI3K-Akt通路促进M2极化；而丝素蛋白水凝胶则通过Mdk-Lrp1信号招募LepR⁺间充质干细胞。

单细胞技术的解析利器

UMAP降维与Seurat分析可识别CD34⁺内皮祖细胞等稀有群体；Monocle伪时序分析追踪到骨质疏松模型中Mgp^hi干细胞向成骨细胞的分支轨迹；CellChat则解码了OA关节中CXCL13⁺成纤维细胞通过CXCR2招募中性粒细胞的恶性循环。空间转录组进一步定位SPP1⁺巨噬细胞在骨缺损边缘的促血管新生作用。

再生医学的精准导航

在骨修复领域，钌纳米酶水凝胶通过清除NO/ROS逆转糖尿病相关的巨噬细胞代谢阻滞；3D打印血管移植物选择性富集CD93⁺EPCs实现80%通畅率。皮肤再生中，FAK抑制剂将成纤维细胞命运从THBS4⁺纤维化表型重编程为APOE⁺再生表型。

免疫微环境的再平衡

二氧化硅纳米颗粒引发IL-17⁺ γδ T细胞肺聚集，而双酶解水凝胶则通过TXNIP通路抑制滑膜细胞糖酵解，缓解糖尿病骨关节炎。无线智能绷带实时监测CD163⁺ M2巨噬细胞动态，实现闭环治疗。

挑战与智能未来

当前面临细胞解离应激、数据整合等瓶颈。未来将融合虚拟细胞模型与AI预测，如通过数字孪生模拟材料植入后CD206⁺巨噬细胞时空变化，加速个性化生物材料开发。

这场单细胞分辨率下的材料-细胞对话解密，正推动再生医学进入精准调控新时代。