在组织工程材料的研究中,已经发现单纯改变材料的物理性质可以达到对细胞进行调控的作用。我们课题组利用人脐静脉内皮细胞(HUVEC)体外培养系统和左旋聚乳酸(PLLA)电纺丝薄膜材料进行了前期研究,结果发现相比于接种在表面呈无纺布状的电纺丝薄膜上的细胞,在有序表面上生长的细胞,胞体狭长,胞内骨架结构沿平行于电纺丝纤维的方向排列。那么,电纺丝纤维的有序排列是否可能进一步对细胞的其他生理功能产生影响呢?外泌体(exosome)特指直径在30-100nm的盘状囊泡,属于细胞分泌的几种微型囊泡体之一,其内携带丰富的mRNA、microRNA(miRNA)与蛋白质,待囊泡膜与受体细胞膜融合后进入靶细胞,继而发挥其效应。其中miRNA是一类由内源基因编码的长度约为20-24个核苷酸的非编码单链RNA分子,在动植物体中广泛参与转录后基因表达调控。为进一步探讨细胞形貌的改变是否可对其通过外泌体介导的信号传递发生影响,我们制备了纳米纤维有序和无序排列的两种PLLA电纺丝薄膜,并对接种于这些材料上的人脐静脉内皮细胞进行了深入的研究,包括细胞内miRNA、其对应的靶基因、外泌体分泌量、外泌体内miRNA、其在下游平滑肌细胞内对应的靶基因等等。结果发现静电纺丝薄膜的表面有序结构使得内皮细胞中多种miRNA表达发生改变并相应地调控了其靶基因的表达水平,同时也促进了内皮细胞分泌外泌体,而外泌体内携带的miRNA也发生改变,尤其是miR-143/145的上调使它们在细胞内的靶蛋白Elk1、Klf4表达下降。更为有意义的是,与内皮细胞相邻的平滑肌细胞中和分化相关的基因,平滑肌肌动蛋白α(α-SMA)和平滑肌肌球蛋白重链(MYH-11)的表达随之增强。为了进一步证明人脐静脉内皮细胞确实通过外泌体将其形态发生变化的信号传递给了平滑肌细胞,我们同时采用了共培养体系和转移上清培养系统进行验证,发现这两种培养体系可以得出相似的结论,在此基础上进一步使用特异性的中性神经鞘磷脂酶抑制剂(N-SMase Spiroepoxide Inhibitor)阻断外泌体形成,发现有序结构对内皮细胞释放外泌体的促进作用被抵消,而且平滑肌细胞由于不能接收到miR-143/145的上调信号,细胞中α-SMA和MYH-11表达不再受到影响,证明了内皮细胞被材料表面有序结构影响而造成形态改变的这一信号,确实是经由外泌体传递至平滑肌细胞,并且平滑肌细胞还对此信号做出了回应。综上所述,本实验证明了人脐静脉内皮细胞感知并响应静电纺丝膜表面的有序形貌,通过外泌体以及其中包含的特异的microRNA,将信息传递至平滑肌细胞,进而对其分化进行调控。特别的,组织工程化血管的相关研究中,涉及外泌体的尚属首次。论文的研究结果也为生物材料表面结构影响细胞生命活动提供了有意义的实验依据和工作基础,对通过改变支架材料表面结构来优化人造血管提供了可参考的理论依据。