成功的牙髓再生与快速血运重建和血管生成密切相关，这一过程由Jagged1（JAG1）/Notch信号通路驱动。然而，可溶性Notch配体在激活这一途径中被证明是无效的。2024年7月16日，世联康健首席科学家、创始人田卫东与四川大学霍芳军共同通讯在Advanced Science 在线发表题为“Notch Signaling Hydrogels Enable Rapid Vascularization and Promote Dental Pulp Tissue Regeneration”的研究论文，该研究通过间接固定JAG1开发了Notch信号水凝胶，旨在精确指导血管化牙髓组织的再生。该水凝胶具有良好的力学性能和生物相容性。用该水凝胶培养牙髓干细胞（DPSC）和内皮细胞（EC）可显著上调Notch靶基因和关键促血管生成标志物的表达。三维（3D）培养分析表明，Notch信号水凝胶通过促进被包被细胞分化、增强其旁分泌功能和促进毛细血管管腔形成来提高有效性。此外，它有效地与Wnt信号通路沟通，为牙髓-牙本质复合体的形成创造了牙髓诱导微环境。体内研究表明，短期移植Notch信号水凝胶可加速血管生成，稳定毛细血管样结构，提高细胞存活率。长期移植进一步证实了其促进富含血管和周围神经样结构的髓样组织形成的能力。总之，本研究引入了一种可行且有效的水凝胶，专门调节JAG1/Notch信号通路，具有推进牙髓组织再生策略的潜力。
血管化对于组织再生是必不可少的，特别是在复杂组织工程中，建立足够的微血管系统是实现细胞间足够的氧气和营养运输所必需的。氧气的扩散极限要求细胞距离毛细管200 µm以内，以满足氧气需求。牙髓是一种高度血管化的组织，包裹在坚硬的矿化环境中，唯一的外部通道通过牙根尖，因此，牙髓再生遇到了重大的挑战。牙髓的血管系统支持营养物质的供应和废物的清除，也有助于炎症反应和随后的再生。由于多种口腔疾病导致牙髓脱落，研究牙髓组织再生策略势在必行。 涉及细胞和生物材料基质的协同工程方法提供了一些指导，但往往不能刺激血管化所需的生物反应。对合成生物材料的修改，如刚度、可降解性的调整，以及基质固定化小分子和生长因子的呈现，旨在控制细胞命运，但缺乏基本的生物学见解。血管化组织的再生依赖于不同类型细胞之间的精确协调，涉及特定信号通路的调节，以仔细控制细胞的空间和时间活动。因此，通过精确调节目标信号来实现细胞间的协调被认为是工程血管化组织的最佳策略。Notch是一种保守的调控因子，用于控制细胞的命运，它通过近程Notch信号通路协调组织形态发生过程。Notch作为血管生成的关键调节因子的重要性是它被认为是新生组织血管形成的潜在工具的原因。Jagged1（JAG1）是Notch的一种配体，对血管生成尤为重要，因为它与另一种名为delta-样4（DLL4）的Notch配体相互作用，从而指导血管树的分支和繁殖，通常与血管内皮生长因子受体（VEGFR）信号传导合作。JAG1通过拮抗DLL4/Notch1信号通路，驱动内皮细胞（ECs）形成尖细胞。尖端细胞位于血管芽的尖端，并精确地调节血管生成的过程。血管成熟的过程是由JAG1介导的Notch激活控制的，通过促进间充质干细胞（MSCs）向血管支持结构（包括血管平滑肌细胞和周细胞）的分化。此外，JAG1促进牙髓再生，在牙齿发育和牙髓组织再生过程中诱导牙髓/成骨分化。这些发现表明JAG1是一种适合血管化牙髓组织再生的生物活性配体。 
制备固定化JAG1纤维蛋白凝胶（图源自Advanced Science ）
Notch通路的工程友好特性为组织工程提供了有价值的工具，传统的方法包括使用可溶性形式的Notch配体，在体外共同培养表达Notch受体的细胞和呈现Notch配体的细胞，转染构成活性形式的Notch胞内结构域（NICD），以及将配体固定在组织培养聚苯乙烯板上。最近的研究报道了结合固定化Notch配体的生物材料的使用，考虑到可溶性配体可能不可靠地激活Notch信号，因此通常不表现出任何活性甚至拮抗特性。已有研究报道将Notch信号配体固定在组织工程支架上，从而指导细胞特异性反应并促进组织成熟。这种方法概括了关键的发育信号通路，从而加速了工程组织的形成。 Notch信号可以被放大或减弱，以诱导干细胞分化为再生目的的特定谱系。因此，Notch信号支架已被用于各种组织的再生，如血管周细胞、皮肤、骨骼、肝脏和心脏组织。以前的研究主要集中在将特定组织的初级细胞成分播种到支架上，然后培养它们以促进组织成熟。例如，血管组织工程将血管周细胞植入支架进行培养，骨组织工程培养成骨细胞，心脏组织工程培养心肌细胞。由于组织本质上是多细胞的，如血管组织中存在血管周细胞和内皮细胞，骨组织中存在成骨细胞和破骨细胞，心脏组织中存在心肌细胞和成纤维细胞，因此本研究探讨了Notch信号支架对牙髓干细胞（DPSC）和内皮细胞的影响，以及支架在血管化和成牙分化过程中的作用。在这种情况下，假设将JAG1配体固定在交联纤维蛋白水凝胶上可以促进间充质干细胞和内皮细胞的协同工程，从而快速形成毛细血管样结构。通过蛋白G结合间接固定JAG1配体，形成JAG1功能化的纤维蛋白水凝胶。开发的Notch信号水凝胶在促进工程细胞分化、促进这些细胞的旁分泌功能、促进牙髓组织血运重建和血管生成方面表现出显著提高的效率。此外，水凝胶可以有效地与Wnt信号通路相互作用，从而促进牙本质的形成，并为牙髓-牙本质复合体的再生创造一个诱导牙本质的微环境。上述发现强调了使用带有信号配体的生物功能支架来增强血管化组织再生的重要性。
参考消息：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202310285
转载自【iNature】公众号
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