类糖胺聚糖分子-生长因子-金纳米粒子复合物促进干细胞神经分化研究

Neurodegenerative disorder is a kind of obstinate disease difficult to cure. The efficient therapy for such diseases is to induce the stem cells to generate neural cells, and repair the damaged nerves. Since the traditional bioactive molecules applied in neural repair have the disadvantages due to unstable structures and complicated functions, which limit their bioactivities in neurogeneration, it is proposed in this project to produce glycosaminoglycans (GAGs) mimicking analog-fibroblast growth factor (FGF)-gold nanoparticle (AuNP) nano-complex through the synergetic modification of GAGs analog and FGF on AuNP for the research of neurogeneration from the stem cells. GAGs analog is synthesized via reversible addition−fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization and the nano-complex is assembled by the specific binding of the bioactive molecules on AuNP. The distribution and adsorption of the nano-complex on cell membrane and its promotion effects on cell proliferation and neural differentiation will be studied and discussed systematically. Meanwhile, the gene expression and cellular signal transduction will be also investigated to elucidate the molecular mechanism of the GAGs analog-FGF-AuNP nano-complex promoting neural differentiation. This project will construct a new strategy for synthesizing highly bioactive GAGs analog-FGF-AuNP nano-complex. It provides necessary experimental results and basic theory for specifically controlling cell growth and neural differentiation of stem cells by utilizing the synergetic effect of GAGs analogs and FGF.

神经损伤性疾病是一类难治愈性顽症。诱导干细胞定向分化为神经细胞，用于修复病变神经，是治疗此类疾病的有效方法。为避免传统的干细胞神经分化用生物活性分子的结构不稳定和功能复杂等缺点而导致的神经分化诱导作用有限的问题，本项目提出通过可逆加成-断裂链转移聚合技术(RAFT)控制高分子结构，利用表面接枝技术和分子特异性相互作用将类糖胺聚糖(GAGs)分子和成纤维细胞生长因子(FGF)协同修饰金纳米粒子(AuNP)构建类GAGs分子-FGF-AuNP纳米复合物，研究其与细胞膜表面特异性受体的结合行为以及促进干细胞增殖和神经分化的效果，探讨其对细胞基因表达和信号传导的影响，从分子水平上揭示其在干细胞生长和分化行为调控中的作用等。该项目对建立合成高效生物活性纳米复合物提供新的研究策略，为利用类GAGs分子和FGF的协同作用控制干细胞的神经分化，以及干细胞增殖和发育的研究提供了必要的实验依据和理论基础。

通过诱导干细胞定向分化成为神经细胞，用于修复病变神经，是治疗神经损伤性疾病的有效方法。为了利用纳米材料开展干细胞神经分化研究，本项目提出通过可逆加成-断裂链转移聚合技术(RAFT)控制高分子结构，利用表面接枝技术和分子的特异性相互作用将类糖胺聚糖(GAGs)分子和成纤维细胞生长因子(FGF)协同修饰金纳米粒子(AuNP)构建类GAGs分子-FGF-AuNP纳米复合物，研究其与细胞膜表面特异性受体的结合行为以及促进干细胞增殖和神经分化的效果，探讨其在干细胞生长和分化行为调控中的作用等。我们首先在高分子聚合技术的基础上合成了类糖胺聚糖(GAGs)分子，利用纳米组装技术和分子相互作用在纳米材料表面进行了功能性修饰研究，实现了类GAGs分子-FGF-AuNP纳米复合物的制备；系统研究了材料表面性质对其功能性的影响机制，达到了对材料生物学活性的控制；同时，通过研究类GAGs分子-FGF-AuNP纳米复合物对干细胞黏附、生长和神经分化的影响，探讨其对干细胞生长和分化行为的作用规律，揭示了材料表面独特的化学性质及其微观结构的协同作用在干细胞黏附、增殖和分化等过程中的作用与机制，为利用类GAGs分子-FGF-AuNP纳米复合物在生物医用材料上的应用提供理论基础和实验依据，为制备新型生物材料提供必要的研究基础。本项目通过系统研究，获得一系列基础研究成果，项目负责人以通讯作者身份在学术期刊上发表研究论文10篇；同时，在项目执行期内获得国家发明专利3项；培养研究生11名。