近日，我校生物光子学研究院黎锦明研究员在基于上转换纳米材料近红外光调控间充质干细胞粘附及多向分化的研究中取得重要研究进展。相关研究以“上转换纳米基底光控激活细胞粘附肽诱导间充质干细胞粘附及多向分化（Near-Infrared Light-Controlled Activation of Adhesive Peptides Regulates Cell Adhesion and Multidifferentiation in Mesenchymal Stem Cells on Up-Conversion Substrate）”为题发表在《Nano Letters》上。

干细胞如间充质干细胞（MSC）具有多向分化潜能，可以在一定条件下可以特异性分化为成骨细胞、软骨细胞、神经细胞、心机细胞等多种类型细胞，治疗骨质疏松、骨关节炎、阿尔兹海默病及心肌梗塞等多种疾病。目前临床上使用MSC治疗疾病的关键问题是如何有效的体内控制诱导其定向分化为某一类型的细胞，从而可以针对性的治疗某一种疾病，例如分化为骨细胞治疗骨质疏松。

基于上述问题，黎锦明研究员团队设计构建了一种基于上转换纳米颗粒的细胞培养基底，通过调控近红外光光照时间和功率，调控MSC在上转换纳米基底上的粘附、伸展及多向分化。研究团队首先合成了Tm掺杂的核壳型上转换纳米颗粒（UCNP），随后在UCNP表面进行硅层包裹以提高生物相容性并便于后续表面修饰，修饰得到的UCNP@SiO₂通过NHS-PEG-MAL连接到玻璃板上，最后在UCNP表面修饰RGD（细胞粘附肽）和ONA（光敏感小分子）得到可近红外光激活的UCNP-substrate。研究表明，在近红外光的照射下，UCNP-substrate上的UCNP可以将近红外光转换为紫外光，使得光响应小分子ONA从细胞粘附肽RGD末端解离下来，从而激活RGD多肽细胞粘附功能，使MSC得以粘附在UCNP-substrate上增殖生长。同时，得益于NIR的高穿透性，实现体内外“光控细胞特异粘附”。此外，通过调节近红外光功率的大小和照射时间，可以实现UCNP-substrate上光响应小分子ONA不同程度的解离和RGD多肽活化的数量差异，从而引起MSC在UCNP-substrate上生长伸展状态的不同：当近红外光功率较小时（0.5 W/cm²），RGD活化数量较少，UCNP-substrate对MSC的牵引力较弱，细胞形态为椭圆，从而倾向于分化为成脂细胞；当近红外光功率较大时（2 W/cm²），RGD活化数量较多，UCNP-substrate对MSC的牵引力较强，细胞形态较为扁平，且呈现不规则多边形状态，从而倾向于分化为成骨细胞，由此实现了“光控细胞多向分化”。

该研究成果是黎锦明研究员课题组在光控细胞多向分化研究上的重要进展。我院2019级硕士研究生郭玉娇为论文第一作者，黎锦明研究员与中山大学肿瘤防治中心杨安力博士为共同通讯作者，华南师范大学生物光子学研究院为第一完成单位，研究得到了国家自然科学基金面上项目的支持。