硅橡胶表面拓扑结构通过F-actin影响核Emerin蛋白增强成纤维细胞粘附能力的分子机制

Cell adhesion is a key issue to improve the biomaterial compatibility, F-actin is the important factor of cell adhesion. Our previous study found that the cell adhesion enhanced on topological structure of silicone rubber. Meta-analysis also showed that the rough surface silicone rubber can reduce the incidence of capsular contracture, however, the molecular mechanism is unknown. Combined with the latest report, F-actin affects nuclear Emerin protein regulation of nuclear transcription factors. We propose the hypothesis that topography on the surface of the material influences nuclear Emerin protein regulation of nuclear transcription factor through F-actin to promote adhesion spot enlargement and enhance adhesion. The purpose of this study is to clarify the stress difference of F-actin on the surface of the material on the topological structure. Based on the optimal surface topology, we explore the relationship between F-actin and related nucleoproteins, nuclear transcription factors and adhesion spots. It is further explore that the molecular mechanism of the material surface topology affects the transcription regulation and adhesion related genes through cytoplasm. This study is expected to provide a new basis for the molecular mechanism of the capsule and its regulation, and provide a theoretical basis for the research and development of new materials with biological functions.

细胞粘附是改善生物材料相容性的关键问题，细胞骨架F-actin在调控细胞粘附上起重要作用。课题组前期研究发现，表面具有拓扑结构硅橡胶材料上F-actin具有显著差异，粘附能力较强；meta分析结果显示，表面有拓扑结构的植入材料更能降低包膜挛缩发病率，但具体机制不明。结合最新文献报道，F-actin影响核Emerin蛋白调控转录因子。我们提出：“材料表面拓扑结构通过F-actin应力差影响胞核Emerin蛋白调控核转录因子，促进粘附斑增大，增强粘附力”的假设。本课题拟明确拓扑结构材料表面细胞F-actin应力差；在筛选出最适表面拓扑结构基础上，探索F-actin与相关核蛋白、核转录因子以及粘附斑等相互调控关系。进一步明确材料表面拓扑结构通过胞质影响胞核及粘附相关基因转录调控的分子机制。该研究有望为解决包膜挛缩等问题作出新的探讨，同时也为具有生物功能的新材料研发提供理论依据。

本项目拟从改性材料“材料-细胞”界面入手，阐明硅橡胶表面拓扑结构与细胞粘附之间的关系。从细胞胞质骨架到胞核骨架的分子调控方式阐释材料表面拓扑结构促进细胞粘附性能提高的分子机制。.课题组成功通过光刻技术在硅橡胶材料表面实现精确可控的图案尺寸，构建了与巨噬细胞和成纤维细胞尺寸相符的平行微沟槽结构，通过探究“材料表面性能－细胞生物学行为”之间的关系，探讨硅橡胶表面微米微沟槽结构对细胞生物学行为乃至机体的影响，从体内和体外实验揭示了硅橡胶表面微沟槽结构变化可以介导包膜的形成，其关键分子为FILIP-1，且不同尺寸的微沟槽，参与影响细胞的信号通路不同，该机制的研究对解决包膜挛缩问题具有一定的参考价值。.巨噬细胞在包膜形成的过程中的早期疫反应中发挥了巨大的作用，课题组还通过研究微沟槽硅橡胶对巨噬细胞极化的影响，以及巨噬细胞的条件培养基对成纤维细胞的生物学行为的作用，结果发现所有微沟槽拓扑结构均可以诱导巨噬细胞极化为促炎性M1和抗炎性M2表型，而粗糙的50-50的表面更有利于巨噬细胞粘附并导致早期促炎细胞因子的释放增加。此外，来自巨噬细胞的条件培养基不同程度上调了HFF的生物学行为，包括细胞粘附、增殖、迁移和纤维化反应。在体内实验中，我们观察到粗糙植入物周围有更严重的炎症反应与更厚的包膜形成。尽管光滑表面具有较强的抗纤维化特性，但同时满足不同植入需求的最佳形貌修饰仍需要反复的优化与评估。.此外，本研究还对三种市售硅胶乳房假体的硅橡胶外壳进行表面特征检测、对比分析，并通过细胞及动物实验来探究假体表面纹理对成纤维细胞生物学行为及包膜形成的影响，发现三种硅橡胶材料在表面形貌、Ra值与CA值等表面特性方面具有显著差异。而且不同硅橡胶材料表面纹理对成纤维细胞增殖、粘附、形态、骨架组织及大鼠体内包膜形成的影响与其表面Ra值密切相关。总体上，具有规则分布和两级形貌特征、最大Ra值及疏水性适中的粗糙表面材料可能更利于减弱包膜组织的收缩性。