2025年3月19日，國際學術期刊Nature Communications在線發表了邊黎明教授課題組以“Recapitulating hypoxic metabolism in cartilaginous organoids via adaptive cell-matrix interactions enhances histone lactylation and cartilage regeneration”為題的研究成果。香港中文大學楊伯光博士、李卓和陽正盟博士為共同第一作者，華南理工大學邊黎明教授、張琨雨副教授，香港中文大學魏濤教授為共同通訊作者。

研究介紹

水凝膠已被廣泛研究用于模擬細胞外基質（ECM）的生物物理特性，作為治療性細胞的遞送載體，用于修復關節軟骨等受損軟組織。然而，傳統共價交聯水凝膠通常網絡動態性有限，無法適應封裝細胞快速增殖和大量聚集過程中涉及的顯著體積變化，這限制了軟骨類器官的形成及軟骨修復的效果。間充質基質/干細胞（MSCs）作為軟骨修復的理想細胞來源，其軟骨分化過程需要發育促進性基質生物物理信號的復雜調控。間充質凝聚（mesenchymal condensation）是軟骨模板發育的關鍵早期事件，在這一過程中，分散的前體細胞會快速重組周圍中胚層細胞外基質（ECM），通過高密度增殖聚集形成軟骨生成所必需的缺氧微環境。因此，開發具有超動態細胞適應結構的水凝膠（HA-TP），以促進封裝間充質干細胞（MSCs）的間充質凝聚和缺氧代謝，對于構建軟骨類器官和實現軟骨再生具有重要意義。

基于此，研究團隊研發了一種通過主客體絡合作用物理交聯的超動態水凝膠。通過模擬軟骨發育過程中的間充質凝聚現象，HA-TP水凝膠能顯著促進細胞類器官的形成，從而構建缺氧局部微環境并驅動代謝轉換，最終導致封裝的hMSCs中乳酸積累增加和組蛋白乳酰化修飾增強。增強的組蛋白乳酰化修飾能夠促進超動態水凝膠中封裝的hMSCs向軟骨方向分化。

細胞適應性的動態水凝膠網絡促進封裝細胞完成發育必需的凝聚過程與代謝重編程，從而增強軟骨器官形成的示意圖

本研究揭示了設計具有細胞適應性的動態水凝膠網絡的關鍵重要性——該網絡能夠促進封裝細胞實現發育必需的凝聚過程和代謝重編程，從而增強軟骨器官的形成并推動原位組織再生。

文章鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-57779-6#Abs1

特別鳴謝：邊黎明、張琨雨教授課題組

來源：華南理工大學生物醫學科學與工程學院