生物大分子的液-液相分离(LLPS)对细胞内和细胞外的生理过程均有重要调控作用。弹性蛋白(elastin)是细胞外基质(ECM)中关键结构蛋白之一,其强韧凝胶状结构的形成需通过单体蛋白相分离驱动的凝聚物组装及后续相转变来完成。这些高度有序的基质蛋白可以提供细胞刚性粘附位点,并与多糖等柔性基质成分协同构建具有高度细胞适应性的非均质网络,从而指导包括铺展、增殖及力学感知在内的多种细胞行为。然而由于ECM多组分参与、多步骤组装的复杂性,当前人工合成基质难以有效模拟其天然结构及生物物理属性。
受原弹性蛋白(tropoelastin)结构及组装过程启发,华南理工大学生物医学科学与工程学院边黎明教授团队设计开发了一种由交替排列的疏水域和交联域构成的简约模型。类似于tropoelastin的疏水自凝聚行为,该模型的疏水基团可引发凝聚液滴的形成;通过调控疏水基团的数量和相互作用强度,此模型可实现从液滴到宏观成熟凝聚体的精准调控;随后,通过触发模型中交联域的共价键合可实现由凝聚相向凝胶相的定向相转变,并以非均质凝胶网络的形式稳定相分离结构,上述过程类似原弹性蛋白的凝聚组装和共价交联介导的纤维凝胶化过程。更重要的是,利用该体系的可控液液相分离及定向相转变特性,构建了刚性域和柔性域相互嵌套的微米级非均质仿生结构,其能够加速干细胞的粘附、铺展和力学感知能力。
图1.受细胞外基质结构蛋白启发,作者开发的能够模拟ECM时空组装过程及其相关生物物理特性的简约可控组装模型。
该工作以“A designer minimalistic model parallels the phase-separation-mediated assembly and biophysical cues of extracellular matrix”为题发表在《Nature Chemistry》上。文章第一作者为香港中文大学谢宪博士和李天杰博士,文章通讯作者为香港中文大学王一教授,华南理工大学生物医学科学与工程学院赵鹏超教授及边黎明教授。
原文链接:https://www.nature.com/articles/s41557-025-01837-5
边黎明教授2021年获聘教育部长江学者特聘教授,入职华南理工大学生物医学科学与工程学院,现任学院副院长。边教授长期致力于发展先进纳米材料与水凝胶材料在生物医学领域的应用,并且逐渐建立了从基础材料学,生物医学研究到医疗应用研究的多方向的深度研究。边教授课题组近期在高水平学术期刊发表多篇论文,相关详细内容可查阅边教授实验室网站:https://www.x-mol.com/groups/bian_lab