谨以此文敬祝生医学院30华诞！
因为独特的电、光、磁学性质，纳米颗粒越来越多地得到生物材料研究者的关注。作为一种重要的生物材料应用领域，骨修复材料尤其与磁性纳米颗粒有着紧密的联系，已有研究结果表明，除了力学负荷之外、电场和外加磁场也能够促进骨损伤的修复。
本文提出了一种利用磁性纳米颗粒组装体与原代小鼠骨髓细胞相互作用，利用界面效应而不是纳米颗粒进入细胞的效应调控干细胞分化的设想，并在实验上证实了这个想法。首先通过静磁场将裸表面的磁性纳米颗粒组装为条带状的阵列结构，并表征了组装形态。通过理论分析和实验表征表明，在外加均匀静磁场的条件下，一定范围内不同的场强对于组装形态没有较大的影响。组装表面的力学性质和磁学性质表征说明不同场强组装的纳米颗粒组装阵列的力学性质差异不大，主要由基底的力学性质决定，但是磁学性质差异较大，在高场强下组装的结构具有更强的颗粒间磁相互作用。通过提取小鼠的骨髓细胞，我们研究了原代细胞与此磁性纳米颗粒阵列表面的相互作用，通过定量PCR和Western Blotting检测表明磁性纳米颗粒组装体阵列具有促进原代骨髓细胞向成骨细胞方向分化的能力，并且这种促进作用随着组装时用的磁场的场强增加而增加。我们通过通常的BMP2-RUNX2信号通路验证和细胞形态的染色表征说明这个现象的机制是比较复杂的，可能既不是通常的磁场作用细胞的通路也不是基底机械刺激作用细胞的通路。最后我们通过普鲁士蓝染色和定量PCR研究了纳米颗粒进入细胞的情况，发现经过组装后，聚集体形式的磁性纳米颗粒较难进入细胞，因此这种细胞效应不是来自于纳米颗粒进入细胞后的结果。
通过两种对照试验，我们认为这个现象是由于磁性纳米颗粒经过磁场组装后形成剩磁，剩磁在组装体缺陷处会产生一个很强的局部梯度微磁场，这个局部梯度微磁场作用于细胞，导致了细胞行为的改变。具体的信号通路机制目前还在研究中。本文的研究结果对于利用纳米颗粒在体内构造微磁场进而影响细胞的功能和行为，开发新型的组织修复材料以及更安全的利用纳米颗粒提出了新的视点和解决方案。
Jianfei Sun, Xuan Liu, Jiqing Huang, Lina Song, Zihao Chen, Haoyu Liu, Yan Li, Yu Zhang, Ning Gu.Magnetic assembly-mediated enhancement of differentiation of mouse bone marrow cells cultured on magnetic colloidal assemblies.Scientific Reports 2014,4: 5125-5133.
a，细胞克隆形成的光镜图像；b，在不同场强组装的磁性纳米颗粒阵列上培养细胞13天后ALP染色结果；c，ALP和骨钙素的定量PCR结果；d，BMP2和RUNX2的定量PCR结果；e，BMP2和RUNX2的Western Blotting结果；f，将不同场强组装的纳米颗粒结构退磁后再培养细胞13天后的ALP染色结果；g，在细胞培养的过程中外加一个强磁场13天后的ALP染色结果。
研究进展